Para Astronom Temukan Bukti Gelombang Partikel Panjang dari Lubang Hitam di Alam Semesta Awal

Berasal dari galaksi sekitar 12,7 miliar tahun cahaya dari Bumi, jet tersebut dapat membantu menjelaskan bagaimana lubang hitam terbesar terbentuk pada waktu yang sangat awal dalam sejarah alam semesta.

Ilustrasi: NASA

WASHINGTON, IPHEDIA.com - Para astronom telah menemukan bukti adanya gelombang partikel yang luar biasa panjang yang berasal dari lubang hitam supermasif di alam semesta awal, menggunakan Observatorium Sinar-X Chandra milik NASA.

Jika dikonfirmasi, itu akan menjadi lubang hitam supermasif terjauh dengan jet yang terdeteksi di sinar-X. 

Berasal dari galaksi sekitar 12,7 miliar tahun cahaya dari Bumi, jet tersebut dapat membantu menjelaskan bagaimana lubang hitam terbesar terbentuk pada waktu yang sangat awal dalam sejarah alam semesta.

Sumber dari jet adalah quasar - lubang hitam supermasif yang berkembang pesat - bernama PSO J352.4034-15.3373 (PJ352-15 singkatannya), yang berada di pusat galaksi muda. 

Ini adalah salah satu dari dua quasar terkuat yang terdeteksi dalam gelombang radio dalam miliar tahun pertama setelah big bang, dan sekitar satu miliar kali lebih masif dari Matahari.

Bagaimana lubang hitam supermasif bisa tumbuh begitu cepat untuk mencapai massa yang begitu besar di zaman awal alam semesta ini? Ini adalah salah satu pertanyaan kunci dalam astronomi saat ini.

Terlepas dari gravitasinya yang kuat dan reputasinya yang menakutkan, lubang hitam mau tidak mau menarik segala sesuatu yang mendekati mereka. 

Materi yang mengorbit di sekitar lubang hitam dalam cakram kehilangan kecepatan dan energi sebelum dapat jatuh lebih jauh ke dalam untuk melintasi apa yang disebut cakrawala peristiwa, titik tanpa jalan kembali. 

Medan magnet dapat menyebabkan efek pengereman pada disk saat mereka menggerakkan jet, yang merupakan salah satu cara utama material dalam disk kehilangan energi, dan oleh karena itu meningkatkan laju pertumbuhan lubang hitam.

"Jika komidi putar di taman bermain bergerak terlalu cepat, sulit bagi seorang anak untuk bergerak ke tengah, jadi seseorang atau sesuatu perlu memperlambat perjalanan," kata Thomas Connor dari Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA di Pasadena, California, yang memimpin penelitian. 

“Di sekitar lubang hitam supermasif, kami pikir jet dapat mengambil energi yang cukup sehingga material dapat jatuh ke dalam dan lubang hitam dapat tumbuh,” ungkapnya.

Para astronom perlu mengamati PJ352-15 selama total tiga hari menggunakan penglihatan tajam Chandra untuk mendeteksi bukti jet sinar-X. 

Emisi sinar-X terdeteksi sekitar 160.000 tahun cahaya dari quasar di sepanjang arah yang sama seperti jet yang jauh lebih pendek yang sebelumnya terlihat dalam gelombang radio oleh Very Long Baseline Array. Sebagai perbandingan, seluruh Bima Sakti membentang sekitar 100.000 tahun cahaya.

PJ352-15 memecahkan beberapa catatan astronomi yang berbeda. Pertama, jet terpanjang yang diamati sebelumnya dari miliaran tahun pertama setelah big bang hanya memiliki panjang sekitar 5.000 tahun cahaya, sesuai dengan pengamatan radio PJ352-15. 

Kedua, PJ352-15 berjarak sekitar 300 juta tahun cahaya lebih jauh daripada jet sinar-X terjauh yang pernah tercatat sebelumnya. 

“Panjang jet ini signifikan karena itu berarti lubang hitam supermasif yang menggerakkan itu telah berkembang dalam jangka waktu yang cukup lama,” kata rekan penulis Eduardo Bañados dari Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) di Heidelberg, Jerman, melansir Nasa.gov, Rabu. 

“Hasil ini menggarisbawahi bagaimana studi sinar-X pada quasar jauh memberikan cara penting untuk mempelajari pertumbuhan lubang hitam supermasif terjauh.”

Cahaya yang terdeteksi dari jet ini dipancarkan ketika alam semesta baru berusia 0,98 miliar tahun, kurang dari sepersepuluh usianya saat ini. Pada titik ini, intensitas radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik yang tersisa dari ledakan besar jauh lebih besar daripada saat ini. 

Saat elektron dalam jet terbang menjauh dari lubang hitam dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, mereka bergerak dan bertabrakan dengan foton yang membentuk radiasi latar gelombang mikro kosmik, meningkatkan energi foton hingga ke kisaran sinar-X terdeteksi oleh Chandra. 

Dalam skenario ini, sinar-X secara signifikan ditingkatkan kecerahannya dibandingkan dengan gelombang radio. Ini sesuai dengan pengamatan bahwa fitur jet sinar-X besar tidak memiliki emisi radio terkait.

“Hasil kami menunjukkan bahwa pengamatan sinar-X dapat menjadi salah satu cara terbaik untuk mempelajari quasar dengan jet di awal Semesta,” kata rekan penulis Daniel Stern, juga dari JPL.

"Atau dengan kata lain, pengamatan sinar-X di masa depan mungkin menjadi kunci untuk membuka rahasia masa lalu kosmik kita," urainya. (ns/ip)