Ilustrasi menakjubkan yang menggambarkan bintang yang ditelan oleh lubang hitam supermasif

Ketika datang untuk menikmati makanan yang lezat, lubang hitam tampak sama berantakannya dengan beberapa balita.

Itu karena ilustrasi baru yang menakjubkan menunjukkan saat sebuah bintang ditelan oleh raksasa kosmik, meninggalkan cincin debu yang terlihat seperti remah-remah di piring.

Penghancuran bintang yang malang ini menghasilkan apa yang oleh para astronom disebut sebagai “peristiwa gangguan pasang surut”, yang disertai dengan ledakan radiasi yang dapat melebihi cahaya gabungan dari setiap bintang di galaksi induk lubang hitam selama berbulan-bulan atau bahkan bertahun-tahun.

Lubang hitam khusus ini, ditangkap menggunakan sinar-X yang dipancarkan oleh peristiwa gangguan pasang surut yang disebut J2150, adalah jenis yang telah lama tidak terdeteksi – lubang hitam bermassa sedang.

“Fakta bahwa kami dapat menangkap lubang hitam ini saat sedang menelan bintang memberikan kesempatan luar biasa untuk mengamati apa yang seharusnya tidak terlihat,” kata Ann Zabludoff, rekan penulis dan profesor di University of Arizona.

“Tidak hanya itu, tetapi dengan menganalisis suar, kami dapat lebih memahami kategori lubang hitam yang sulit dipahami ini yang mungkin merupakan mayoritas lubang hitam di pusat galaksi.”

Dengan menganalisis ulang data sinar-X untuk mengamati suar J2150 dan membandingkannya dengan model teoretis yang canggih, penulis menunjukkan bahwa suar ini sebenarnya dihasilkan dari pertemuan antara bintang malang dan lubang hitam bermassa sedang.

Lubang hitam tengah yang dimaksud memiliki massa yang sangat rendah – untuk sebuah lubang hitam – beratnya sekitar 10.000 kali massa matahari.

Menurut Sixiang Wen, seorang rekan postdoctoral di Steward Observatory Universitas Arizona, tim dapat mengklasifikasikannya sebagai lubang hitam menengah setelah mengukur massa dan putarannya.

Puluhan peristiwa gangguan pasang surut telah diamati di pusat galaksi besar yang menampung lubang hitam supermasif, dan beberapa juga telah diamati di pusat galaksi kecil yang mungkin berisi lubang hitam berukuran sedang.

Namun, data sebelumnya tidak pernah cukup rinci untuk membuktikan bahwa suar pemecah pasang surut tunggal ditenagai oleh lubang hitam yang mengintervensi.

“Berkat pengamatan astronomi modern, kita tahu bahwa pusat dari hampir semua galaksi yang mirip atau lebih besar dari galaksi Bima Sakti kita memiliki lubang hitam supermasif pusat,” kata rekan penulis studi Nicholas Stone, dosen senior di Universitas Hebrew di Yerusalem.

“Raksasa-raksasa ini 1 juta hingga 10 miliar kali massa matahari kita, dan mereka menjadi sumber radiasi elektromagnetik yang kuat ketika terlalu banyak gas antarbintang jatuh di dekat mereka.”

Massa lubang hitam ini terkait erat dengan massa total galaksi induknya, sehingga galaksi terbesar menampung lubang hitam supermasif terbesar.

“Kami masih tahu sedikit tentang keberadaan lubang hitam di pusat galaksi yang lebih kecil dari Bima Sakti,” kata rekan penulis Peter Jonker dari Radboud University di Belanda.

“Karena keterbatasan pengamatan, sulit untuk menemukan lubang hitam pusat yang jauh lebih kecil dari 1 juta massa matahari.”

Meskipun diduga berlimpah, asal-usul lubang hitam supermasif tidak diketahui.

Satu teori, bagaimanapun, adalah bahwa lubang hitam bermassa sedang bisa menjadi inti dari mana lubang hitam supermasif tumbuh.

Jonker menambahkan, “Pemahaman yang lebih baik tentang berapa banyak lubang hitam sejati yang ada dapat membantu menentukan teori mana tentang pembentukan lubang hitam supermasif yang benar.”

Ketika sebuah bintang menjelajah terlalu dekat dengan lubang hitam, gaya gravitasi menciptakan pasang surut yang kuat yang memecah bintang menjadi aliran gas (dalam gambar), menghasilkan fenomena bencana yang dikenal sebagai gangguan pasang surut.

Mengukur putaran J2150 juga penting karena memberikan petunjuk tentang bagaimana lubang hitam tumbuh.

Yang ini memiliki putaran yang cepat, tetapi bukan yang tercepat, jelas Zabludoff, yang menimbulkan pertanyaan tentang bagaimana putaran di area ini terjadi.

“Mungkin lubang hitam terbentuk dengan cara ini dan tidak banyak berubah sejak saat itu, atau dua lubang hitam bermassa sedang baru-baru ini bergabung menjadi satu ini,” katanya.

“Kami tahu bahwa putaran yang telah kami ukur mengesampingkan skenario di mana lubang hitam tumbuh dalam jangka waktu yang lama dengan terus-menerus makan gas atau mendapatkan banyak camilan gas cepat dari arah acak.”

Selain itu, pengukuran putaran memungkinkan astrofisikawan menguji hipotesis tentang sifat materi gelap, yang diyakini menyusun sebagian besar materi di alam semesta.

Materi gelap dapat terdiri dari partikel dasar yang tidak diketahui yang belum pernah terlihat dalam percobaan laboratorium. Kandidat termasuk partikel hipotetis yang dikenal sebagai boson ultralight, kata Stone.

“Jika partikel-partikel ini ada dan memiliki massa dalam kisaran tertentu, mereka akan mencegah lubang hitam bermassa sedang untuk berputar cepat,” katanya.

“Tetap saja, lubang hitam J2150 berputar cepat. Jadi pengukuran putaran kami mengecualikan kelas teori yang luas tentang boson ultralight dan menunjukkan nilai lubang hitam sebagai laboratorium luar angkasa untuk fisika partikel. ‘

Di masa depan, pengamatan baru suar suar pasang surut dapat memungkinkan para astronom untuk mengisi kesenjangan tentang distribusi jenis lubang hitam tertentu.

Teleskop baru, baik di Bumi maupun di luar angkasa, diharapkan dapat mendeteksi ribuan gangguan pasang surut setiap tahun.

“Jika sebagian besar galaksi kerdil ditemukan mengandung lubang hitam bermassa sedang, maka mereka akan mendominasi kecepatan gangguan pasang surut bintang,” kata Stone.

“Dengan menyesuaikan emisi sinar-X dari suar ini ke model teoretis, kita dapat menghitung populasi lubang hitam bermassa sedang di alam semesta,” tambah Wen.