Seolah-olah lubang hitam tidak cukup
misterius, para astronom menggunakan Teleskop Antariksa Hubble NASA untuk mengungkap piringan tipis material yang mengitari lubang hitam supermasif di jantung galaksi spiral NGC 3147 yang terletak 130
juta tahun cahaya dari Bumi.
Permasalahannya piringan itu
seharusnya tidak mungkin terbentuk, berdasarkan teori astronomi saat ini. Namun kehadiran piringan tipis material yang berada begitu dekat dengan lubang hitam, menyediakan kesempatan langka untuk menguji teori relativitas yang digagas Albert Einstein.
Relativitas umum menggambarkan gravitasi sebagai kelengkungan ruang, sedangkan relativitas
khusus menggambarkan hubungan antara ruang dan waktu.
 |
| Kredit gambar Hubble: NASA, ESA, S. Bianchi (Università degli Studi Roma Tre University), A. Laor (Technion-Israel Institute of Technology), dan M. Chiaberge (ESA, STScI, dan JHU). Kredit ilustrasi: NASA, ESA, A. Feild dan L. Hustak (STScI) |
Inilah citra galaksi spiral NGC 3147 yang
ditangkap Hubble, beserta ilustrasi tentang lubang hitam supermasif di inti
galaksi. Gambar Hubble memamerkan lengan-lengan spiral yang penuh sesak dengan bintang-bintang biru belia, nebula merah muda dan siluet debu. Namun dibalik
kemegahan NGC 3147, mengintai sebuah lubang hitam raksasa dengan massa sekitar
250 juta kali massa Matahari. Observasi Hubble mengkonfirmasi dua teori relativitas Einstein sekaligus.
Fitur kuning kemerahan yang mengitari lubang hitam adalah pendar cahaya dari molekul gas yang terperangkap gravitasi masif
lubang hitam. Lubang hitam tertanam jauh di dalam medan gravitasinya, sebagaimana ditunjukkan oleh kisi-kisi hijau yang menggambarkan kelengkungan ruang. Karena
pengaruh kuat medan gravitasi, cahaya seolah memanjat keluar dari
“sumur” gravitasi yang dijelaskan dalam teori relativitas umum Einstein.
Material juga dipaksa berputar sangat cepat di
sekitar lubang hitam yang terlihat terang pada sisi cakram dekat Bumi,
sebaliknya semakin redup pada sisi jauh cakram. Efek
yang disebut relativistic beaming ini
diprediksi oleh teori relativitas khusus Einstein. NGC 3147 terletak 130 juta
tahun cahaya di rasi sirkumpolar utara Draco the Dragon.
“Kami belum pernah melihat efek relativitas
umum dan khusus secara bersamaan dalam spektrum cahaya kasat mata sejelas ini,” ungkap anggota tim Marco Chiaberge.
“Inilah studi yang mengintip ke piringan
material yang mengitari lubang hitam supermasif dari jarak dekat, sehingga kecepatan dan
intensitas tarikan gaya gravitasi memengaruhi bagaimana foton cahaya terlihat,” jelas penulis utama makalah ilmiah Stefano Bianchi dari Università
degli Studi Roma Tre di Roma Italia. “Kita belum bisa memahami data yang
terkumpul, kecuali jika memasukkan dua teori relativitas.”
Lubang hitam pada galaksi tipe tertentu
seperti NGC 3147, seolah kekurangan “gizi” karena tidak ada cukup material
untuk dihisap sebagai “menu makanan” secara teratur. Jadi kabut tipis dari material yang jatuh ke lubang hitam seharusnya membentuk struktur menyerupai donat, bukannya cakram mirip panekuk. Oleh karena itu, tim merasa heran mengapa ada piringan tipis material di sekitar lubang hitam NGC 3147 yang kelaparan, bukannya meniru cakram yang jauh lebih tebal dan kerap ditemukan di galaksi sangat aktif dengan lubang hitam raksasa yang terus membesar.
“Kami menduga ia adalah kandidat
terbaik untuk mengkonfirmasi gagasan bahwa di bawah luminositas tertentu, piringan
akresi tidak bisa terbentuk,” jelas Ari Laor dari Technion-Israel Institute of Technology di Haifa Israel. “Apa yang
kami lihat benar-benar tak terduga. Kami menemukan gas
menghasilkan fitur yang hanya dapat dijelaskan sebagai produk material yang berputar-putar di piringan tipis yang sangat dekat dengan lubang hitam.”
Para astronom semula memilih galaksi NGC 3147 untuk
memvalidasi model galaksi aktif dengan luminositas rendah, yakni galaksi
dengan lubang hitam yang sedang “diet” atau kekurangan “gizi”. Model
memprediksi piringan akresi terbentuk ketika sejumlah besar molekul gas terperangkap
oleh tarikan kuat gravitasi lubang hitam. Material yang terhisap memancarkan
banyak cahaya, menghasilkan suar cahaya cemerlang yang disebut quasar. Paling
tidak, itulah model lubang hitam yang diterima secara umum. Begitu
jumlah material yang ditarik ke dalam piringan hanya sedikit, piringan
akresi mulai renggang, lebih redup dan mulai mengubah struktur.
“Jenis piringan yang kita lihat adalah degradasi
skala quasar yang tidak pernah kita duga eksis,” tutur Bianchi. “Inilah jenis
piringan serupa dengan yang kita lihat pada objek yang 1.000 atau bahkan
100.000 kali lipat lebih bercahaya. Prediksi model dinamika gas saat ini di galaksi aktif yang sangat redup terbukti salah.”
Piringan tipis material ini jauh tertanam di
dalam medan gravitasi intens lubang hitam sehingga cahaya dari piringan gas termodifikasi, menurut teori relativitas Einstein, yang menyediakan para astronom
pandangan unik terhadap proses dinamis di lingkungan dekat lubang hitam.
Hubble mengukur laju putaran material di
sekitar lubang hitam sekitar 10% kecepatan cahaya. Pada
kecepatan ekstrem seperti itu, molekul gas terlihat terang pada sisi cakram dekat
Bumi, sebaliknya semakin redup saat berada pada sisi jauh cakram. Efek yang disebut relativistic
beaming ini diprediksi oleh teori relativitas khusus Einstein. Karena
pengaruh kuat dari medan gravitasi, cahaya seolah memanjat keluar dari sumur
gravitasi sebagaimana dijelaskan dalam teori relativitas umum Einstein, oleh karena itu membentang ke panjang gelombang yang lebih merah.
Para peneliti memanfaatkan Imaging Spectrograph (STIS) Hubble untuk
mengamati material yang berputar-putar di dalam piringan. Spektograf
adalah alat diagnostik yang membagi cahaya dari suatu objek ke dalam berbagai panjang
gelombang penyusun untuk menentukan kecepatan, suhu dan karakteristik
lainnya pada presisi tinggi. Para astronom membutuhkan resolusi tajam STIS
untuk mengisolasi cahaya redup dari wilayah lubang hitam dan meminimalisir polusi
cahaya bintang.
“Tanpa Hubble, kami tidak akan bisa melihat piringan itu mengingat rendahnya tingkat luminositas wilayah lubang hitam,” pungkas Chiaberge. “Luminositas bintang-bintang di dalam galaksi melampaui segala luminositas di nukleus. Observasi berbasis darat akan didominasi oleh
kecerahan bintang yang menenggelamkan emisi lemah nukleus.”
Tim berharap dapat menggunakan Hubble untuk
mencari piringan sangat padat di sekitar lubang hitam redup di galaksi aktif serupa.
Makalah ilmiah yang melaporkan hasil penelitian telah dipublikasikan secara online
di Monthly Notice of Royal
Astronomical Society.
Ditulis oleh: Staf www.nasa.gov, editor: Rob
Garner
Komentar
Posting Komentar