[비즈한국] Di pusat Galaksi Bima Sakti terdapat lubang hitam supermasif yang disebut Sagittarius A*, dengan massa sekitar 4 juta kali lebih berat dari Matahari. Dibandingkan dengan massanya yang sangat besar, aktivitasnya tergolong sangat tenang. Ia tidak menarik materi di sekitarnya secara agresif, dan tidak pula membuat pusat galaksi bersinar terang. Inilah sebabnya mengapa lubang hitam ini telah lama dianggap sebagai lubang hitam yang praktis dalam keadaan dorman (tidur). Namun, melalui observasi presisi, terungkap jejak bahwa lubang hitam yang tenang ini pun sebenarnya mengeluarkan angin ke sekitarnya dan mengubah ruang kosmik terdekat.
Lubang hitam supermasif secara aktif menarik materi dan memengaruhi seluruh galaksi. Energi yang menyembur dari sekitar lubang hitam menerangi inti galaksi, serta memanaskan atau mendorong gas di sekitarnya. Jika dampaknya cukup kuat, pasokan gas dingin yang diperlukan untuk pembentukan bintang akan berkurang, sehingga kelahiran bintang pun terhambat. Sagittarius A* berada dalam kondisi yang jauh lebih tenang dibandingkan dengan inti galaksi aktif semacam itu. Namun, bukan berarti interaksinya dengan lingkungan sekitar telah berhenti.
Di sekitar lubang hitam, gas, debu, dan bintang berkumpul. Gas kehilangan energi melalui tumbukan dan gesekan, serta saling bertukar momentum sudut. Dalam proses ini, sebagian gas yang kehilangan momentum sudut bergerak menuju lubang hitam. Semakin dekat ke pusat, sebagian energi potensial gravitasi berubah menjadi panas, sehingga suhu gas meningkat. Materi yang memanas memancarkan cahaya, dan sebagian mengalir keluar, menimbulkan angin di sekitar lubang hitam. Angin ini bukanlah materi yang meloloskan diri dari dalam cakrawala peristiwa, melainkan aliran materi yang sedang menuju lubang hitam namun terpancar kembali dari sekitarnya.
Meskipun materi yang masuk ke lubang hitam tidak banyak, energi yang disalurkan ke lingkungan sekitar bisa cukup besar. Sebagai contoh skala energi yang diajukan peneliti: energi yang dihasilkan oleh 1 gram gas (seberat klip kertas) saat jatuh ke lubang hitam sudah cukup untuk melepaskan sekitar 100 kg gas yang berada jauh lebih luar dari jeratan gravitasi. Jika diterapkan pada Sagittarius A*, jaraknya setara dengan jarak tempuh cahaya selama sekitar 12 hari. Ini lebih dari 50 kali jarak antara Matahari dan Neptunus. Itulah sebabnya dampak lubang hitam terhadap lingkungan sekitar tidak bisa diabaikan, bahkan jika hanya sedikit materi yang masuk.
Jejak yang menunjukkan kemungkinan Sagittarius A* pernah jauh lebih aktif di masa lalu sudah diketahui sebelumnya. Gelembung Fermi yang membentang luas di atas dan di bawah piringan Bima Sakti adalah contoh utamanya. Salah satu hipotesis kuat yang menjelaskan asal-usul struktur yang teramati lewat sinar gamma ini adalah aktivitas masa lalu lubang hitam pusat galaksi. Namun, sulit untuk mengetahui apakah Sagittarius A* masih mengeluarkan angin hingga hari ini hanya dengan mengandalkan jejak masa lalu yang jauh. Untuk memastikan aktivitas terkini, kita harus mencari jejak yang tertinggal dekat dengan lubang hitam.
Pusat galaksi kita berjarak sekitar 26.000 tahun cahaya dari Bumi. Di antara keduanya terdapat debu dan gas tebal yang membuat pusat galaksi sulit diamati dengan cahaya tampak. Itulah sebabnya para astronom menggunakan gelombang radio, inframerah, dan sinar-X. Dalam penelitian ini, digunakan data observasi yang dikumpulkan oleh Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) pada tahun 2017, 2018, dan 2021.
Para peneliti berfokus pada sinyal radio karbon monoksida yang dipancarkan pada frekuensi sekitar 230 GHz. Garis emisi ini berguna untuk melacak gas molekuler dingin bersuhu sekitar 100 K. Daripada cahaya yang keluar dari lubang hitam itu sendiri, mereka meneliti dengan presisi di mana dan seberapa banyak gas dingin di sekitarnya terdistribusi. Dengan menggabungkan data selama beberapa tahun, mereka membuat peta observasi berukuran 2.700 x 2.700 piksel.
Dalam proses ini, penting untuk menangani perubahan kecerahan Sagittarius A yang cepat. Intensitas gelombang radio Sagittarius A berubah dalam interval waktu yang singkat. Jika sinyal pusat yang terang dan berubah-ubah ini tidak dikoreksi secara akurat, sulit untuk membedakan struktur samar di sekitarnya. Peneliti memodelkan perubahan ini dan menghilangkan pengaruh sumber radio pusat untuk mengungkap struktur halus gas yang tersebar di sekelilingnya.
Di sekitar Sagittarius A* terdapat cincin gas molekuler yang jauh lebih besar daripada area masuknya materi tepat di dekat lubang hitam. Struktur ini disebut *Circumnuclear Disk* (CND). Sebelumnya, batas dalam cincin ini dianggap berada pada jarak sekitar 0,5 parsec dari lubang hitam. Di bagian dalamnya, diduga hanya berisi gas terionisasi panas, dan gas molekuler dingin dianggap jarang ada.
Peta observasi baru dari ALMA menunjukkan bahwa struktur gas molekuler yang kompleks juga melimpah di bagian dalamnya. Pola distribusi kecepatan gas menunjukkan pola yang sesuai dengan pergerakan gas yang berputar atau masuk ke pusat sekitar Sagittarius A*. Ini menjadi bukti bahwa itu bukanlah awan latar belakang yang kebetulan terlihat tumpang tindih, melainkan gas yang berpartisipasi dalam aliran materi di pusat galaksi.
Penemuan terpenting adalah bagian kosong berbentuk kerucut di tengah distribusi gas molekuler dingin tersebut. Struktur ini dimulai dari dekat Sagittarius A* dan membentang setidaknya sejauh 1 parsec, atau lebih dari 3 tahun cahaya. Sudut pembukaan kerucut tersebut adalah sekitar 45 derajat. Sinyal gas molekuler dingin yang teramati di sekitarnya sangat lemah di dalam lorong ini.
Para peneliti menginterpretasikan struktur berbentuk kerucut ini sebagai jejak yang ditinggalkan oleh angin panas yang mengalir keluar dari sekitar lubang hitam. Saat angin melewati dan mendorong atau memanaskan gas dingin, emisi karbon monoksida dapat melemah. Oleh karena itu, terlihat kosong di peta observasi tidak berarti itu adalah ruang hampa di mana semua materi telah hilang. Artinya, sinyal yang melacak gas molekuler dingin tidak tersedia, dan kemungkinan ada gas panas di dalamnya.
Angin ini berbeda dari jet lubang hitam yang umum diketahui. Jet adalah aliran di mana materi dan energi terkonsentrasi ke arah yang sempit dan melesat jauh. Sebaliknya, angin menyebar ke sudut yang relatif lebih luas. Anda bisa membayangkan perbedaan antara pancaran air dari selang sempit dengan pancaran air yang menyebar luas dari kepala pancuran (shower). Karena struktur yang ditemukan ini cukup lebar, para peneliti menjelaskannya sebagai aliran yang lebih mirip angin daripada jet.
Hasil observasi teleskop luar angkasa sinar-X Chandra juga mendukung interpretasi ini. Gas molekuler dingin yang ditangkap ALMA dan emisi sinar-X yang ditangkap Chandra menunjukkan distribusi yang saling berlawanan. Di tempat dengan sedikit gas dingin, sinar-X kuat, dan di tempat dengan banyak gas dingin, sinar-X relatif lemah. Ini adalah gambaran yang diharapkan jika gas dingin terdorong keluar atau terpana oleh gas panas di ruang tersebut.
Fakta bahwa batas kerucut masih terlihat jelas juga penting. Di sekitarnya, gas molekuler terus mengalir menuju pusat. Jika di masa lalu pernah terjadi angin kencang yang kemudian berhenti total, jejak tersebut bisa saja terisi kembali oleh gas seiring berjalannya waktu. Agar bagian kosong tetap terjaga, aksi mendorong atau memanaskan gas harus terus berlangsung.
Durasi angin ini pun dapat diperkirakan. Peneliti mengasumsikan bahwa angin ini adalah penyebab utama terbentuknya struktur gas terionisasi di sekitar, dan menghitung waktu menggunakan rotasi gas serta ukuran strukturnya. Hasilnya menunjukkan kemungkinan bahwa angin pada arah yang teramati telah aktif setidaknya selama sekitar 20.000 tahun. Berbeda dengan konfirmasi keberadaan kerucut itu sendiri, estimasi waktu ini mencakup asumsi tentang penyebab gas memanas dan terionisasi.
Terdapat juga bukti bahwa Sagittarius A* jauh lebih terang hingga masa yang relatif baru. Ini adalah gema cahaya sinar-X yang teramati di awan molekuler sekitar. Ketika sinar-X yang dipancarkan dari sekitar lubang hitam di masa lalu mencapai awan yang jauh, lalu terhambur dan masuk ke Bumi, sinyal tersebut teramati lebih lambat karena menempuh jalur yang lebih panjang daripada cahaya yang datang langsung. Dengan menganalisis sinyal pantulan ini, kita dapat menelusuri kembali aktivitas masa lalu yang tidak terlihat secara langsung. Ini adalah fenomena yang berbeda dari emisi sinar-X yang terjadi saat angin bertabrakan dengan awan.
Observasi ini menunjukkan kemungkinan bahwa Sagittarius A* memancarkan sinar-X jauh lebih kuat ratusan tahun lalu dibandingkan sekarang. Ratusan tahun adalah masa yang bersinggungan dengan era saat Galileo mengamati langit dengan teleskop. Jika teknologi observasi sinar-X sudah ada saat itu, mungkin kita telah mencatat tampilan pusat galaksi yang berbeda dari hari ini. Dengan teleskop cahaya tampak saja, sulit untuk menyadari perubahan yang terjadi di balik debu tebal. Jika perkembangan ilmu pengetahuan manusia lebih cepat 400 tahun saja, mungkin kita bisa melihat Bima Sakti yang memuntahkan sinar-X yang jauh lebih mempesona.
Referensi
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae63cf
Siapakah penulis Ji Woong-bae? Dia mencintai kucing dan alam semesta. Sejak kecil, setelah menonton 'Galaxy Express 999', dia memiliki impian untuk menyebarkan keindahan alam semesta. Saat ini, dia menjabat sebagai profesor asisten di Departemen Studi Umum Universitas Sejong dan terlibat dalam berbagai kegiatan komunikasi sains seperti kuliah dan penulisan. Dia telah menulis buku-buku seperti 'Tentang Ketidakbergunaan Astronom', 'Kita Semua Terlahir sebagai Astronom', dan 'Pertanyaan Aneh yang Muncul Saat Melihat Alam Semesta', serta menerjemahkan buku-buku seperti 'Bagaimana Saya Membunuh Pluto', 'Quantum Life', dan 'UFO'.