Ahli Bongkar Cara Lubang Hitam Raksasa Semburkan Energi ke Arah Bumi

Sebuah misi Lembaga Penerbangan dan Antariksa Amerika Serikat (NASA) telah mengamati lubang hitam raksasa yang menyemburkan energi tinggi ke Bumi.

Meski terdengar menakutkan, letak Lubang hitam raksasa ini masih cukup aman dari Bumi, yakni berada pada jarak 400 juta tahun cahaya.

Lubang hitam raksasa dikelilingi oleh piringan materi yang berputar-putar yang disebut piringan akresi. Secara bertahap, materi itu 'dilahap' oleh lubang hitam tersebut dari waktu ke waktu.

Sebagian materi yang tidak tertelan kemudian disalurkan ke kutub-kutubnya dan kemudian dilontarkan dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, atau kecepatan relativistik.

Ledakan itu menciptakan radiasi elektromagnetik yang sangat energik dan sangat terang yang langsung mengarah ke Bumi.

Peristiwa tersebut dikenal sebagai jet blazar yang dinamai Markarian 421 dan terletak di konstelasi Ursa Major. Blazar ini sedang diamati dengan Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) milik NASA, yang meluncur pada Desember 2021.

IXPE mengamati properti medan magnet yang disebut polarisasi, yang mengacu pada orientasi medan. Polarisasi jet yang dilontarkan Markarian 421 memberikan kejutan bagi para astronom.

Polarisasi jet itu menunjukkan kalau bagian jet yang mengalami percepatan juga memiliki medan magnet dengan struktur heliks.

Jet blazar bisa merambat melintasi ruang angkasa sejauh jutaan tahun cahaya, tapi para ilmuwan masih belum dapat memahami mekanisme pelontaran dengan baik.

Namun, penemuan-penemuan baru seputar semburan Markarian 421 ini bisa memberi penjelasan tentang fenomena kosmik yang ekstrem ini.

"Markarian 421 adalah teman lama bagi para astronom energi tinggi," kata peneliti astrofisikawan Badan Antariksa Italia, Laura Di Gesu, mengutip LiveScience.

"Kami yakin blazar ini akan menjadi target yang berharga bagi IXPE, tapi penemuannya di luar dugaan kami, berhasil menunjukkan bagaimana polarimetri sinar-X memperkaya kemampuan kami untuk menyelidiki geometri medan magnet yang kompleks dan percepatan partikel di berbagai wilayah semburan relativistik," tuturnya.

Kecepatan cahaya

Alasan utama semburan yang berasal dari lubang hitam raksasa itu sangat terang adalah karena partikel-partikel yang mendekati kecepatan cahaya mengeluarkan energi sangat besar dan berperilaku sesuai dengan teori relativitas Einstein.

Semburan blazar juga mendapatkan dorongan ekstra untuk kecerlangan tersebut karena orientasi mereka ke arah kita menyebabkan panjang gelombang cahaya yang terkait dengan semburannya "berkumpul", meningkatkan frekuensi dan energinya.

Hal ini mirip dengan gelombang suara sirene ambulans yang mendekat "bergerombol" dan menyebabkan peningkatan frekuensi, sehingga terdengar lebih bernada tinggi.

Hasil dari kedua efek ini, blazar sering kali bisa lebih terang daripada cahaya gabungan semua bintang di galaksi yang menaunginya.

Kini, IXPE telah menggunakan cahaya tersebut untuk melukiskan fisika yang terjadi di jantung jet Markarian 421 dan bahkan mengidentifikasi titik asal pancaran cahaya tersebut.

Sebelumnya, model-model jet blazar telah mengisyaratkan bahwa jet tersebut disertai medan magnet heliks, hampir seperti DNA dalam sel hidup. Namun, yang tidak diprediksi adalah fakta bahwa heliks magnetik akan menjadi tempat di mana partikel-partikel dipercepat.

"Kami telah mengantisipasi arah polarisasi mungkin berubah, tapi kami pikir rotasi besar akan jarang terjadi, berdasarkan pengamatan optik sebelumnya terhadap banyak blazar," kata rekan penulis penelitian dan fisikawan Massachusetts Institute of Technology, Herman Marshal.

"Jadi, kami merencanakan beberapa pengamatan blazar, dengan pengamatan pertama menunjukkan polarisasi konstan 15 persen," sambungnya.

Selanjutnya, analisis data IXPE menunjukkan polarisasi jet tersebut turun menjadi 0 persen antara pengamatan pertama dan kedua. Hal ini membuat para peneliti berkesimpulan bahwa medan magnet berputar seperti pembuka botol.

"Kami menyadari polarisasinya sebenarnya hampir sama tapi arahnya benar-benar berbalik arah, berputar hampir 180 derajat dalam dua hari," kata Marshall.

Selama manuver-manuver ini, pengukuran radiasi elektromagnetik dalam bentuk cahaya optik, inframerah, dan radio tidak menunjukkan efek stabilitas dan struktur jet, bahkan ketika emisi sinar-X berubah.

Hal ini mengimplikasikan kemunculan gelombang kejut yang merambat di sepanjang medan magnet yang terpilin dari Markarian 421.

Petunjuk dari fenomena seperti itu pernah terlihat pada jet blazar lain yang disaksikan oleh IXPE, Markarian 501, seperti dikutip dari jurnal Nature Astronomy.

Namun, temuan baru dari tim ini menunjukkan bukti yang lebih jelas bahwa medan magnet heliks memang berkontribusi pada gelombang kejut yang bergerak dan mempercepat partikel-partikel jet hingga mencapai kecepatan relativistik.

Tim penelitian akan terus mempelajari Markarian 421 dan mengidentifikasi blazar lain untuk menemukan beberapa yang memiliki kualitas serupa. Tujuannya untuk mengungkap mekanisme yang menggerakkan arus ekstrim dan terang, yang menjadi ciri khas fenomena lubang hitam itu.

[Gambas:Video CNN]