Para astronom mungkin hampir memecahkan misteri lama tentang galaksi terbesar di alam semesta. Pengamatan dari Misi Pencitraan dan Spektroskopi Sinar-X, yang dikenal sebagai XRISM, memberikan bukti baru bahwa lubang hitam supermasif dapat mencegah galaksi raksasa ini membentuk bintang sebanyak yang diperkirakan.
Berdasarkan model yang ada saat ini, galaksi yang paling masif seharusnya memiliki massa bintang yang lebih besar dari yang sebenarnya dapat diamati oleh para astronom. Defisit ini menunjukkan bahwa suatu proses menekan pembentukan bintang. Xin “Cindy” Xiang, seorang mahasiswa doktoral di Universitas Michigan, menggunakan data XRISM untuk menyelidiki penjelasan utama dan menemukan bukti yang mengarah langsung ke lubang hitam.
Kebanyakan orang mengenal lubang hitam sebagai objek yang gravitasinya sangat kuat sehingga cahaya pun tidak dapat lepas begitu melewati batas tertentu. Namun, lubang hitam juga dapat menciptakan wilayah yang sangat terang di sekitarnya. Saat gas dan debu berputar ke dalam, mereka membentuk piringan akresi yang memancarkan energi dalam jumlah besar, termasuk sinar-X yang kuat.
Angin lubang hitam dan pembentukan bintang
Cakram akresi adalah salah satu lingkungan paling energik di alam semesta. Materi yang jatuh ke lubang hitam dipanaskan oleh gravitasi dan gesekan hingga menjadi plasma yang sangat panas. Pada saat yang sama, disk dapat meluncurkan keluaran material yang kuat.
Angin ini cukup kuat untuk mengeluarkan gas dari galaksi. Karena gas merupakan bahan mentah yang dibutuhkan untuk membuat bintang-bintang baru, aliran tersebut dapat secara signifikan mengurangi pembentukan bintang di masa depan.
Data XRISM mendukung kemungkinan ini. Misi ini dipimpin oleh Badan Eksplorasi Dirgantara Jepang bekerja sama dengan NASA dan Badan Antariksa Eropa.
“Sebelumnya, tanpa XRISM, kita hanya bisa melihat arus keluar secara garis besar,” kata Xiang. “Tetapi Anda harus mampu menyelesaikan fitur-fitur bagus untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan penting. Apa struktur dan geometrinya? Bagaimana angin diluncurkan dan kapan diluncurkan?”
XRism memberikan pandangan yang lebih jelas
Diluncurkan pada tahun 2023, XRISM memulai pengamatan ilmiah pada musim gugur tahun 2024. Resolusi energinya sekitar 10 kali lebih baik dari pendahulunya, sehingga memungkinkan para astronom untuk memeriksa lingkungan lubang hitam dengan lebih detail.
Xiang dan kolaboratornya fokus pada NGC 4151, sebuah galaksi terang yang terletak lebih dari 50 juta tahun cahaya dari Bumi. Di pusatnya terdapat inti galaksi aktif, atau AGN, tempat lubang hitam supermasif secara aktif mengonsumsi materi dan menghasilkan piringan akresi bercahaya. Hal ini menjadikan NGC 4151 laboratorium yang ideal untuk mempelajari aliran yang disebabkan oleh lubang hitam.
“Dengan XRISM, kami memiliki resolusi tertinggi untuk mengamati AGN paling terang dan kami memperoleh informasi terkaya tentang arus keluar yang telah kami amati sejauh ini untuk piringan akresi,” kata Xiang.
Bekerja bersama Jon Miller, seorang profesor astronomi di Universitas Michigan, Xiang sebelumnya menunjukkan bahwa angin dari piringan akresi NGC 4151 dapat mencapai kecepatan yang cukup tinggi untuk mengeluarkan material dari sistem. Dia juga mengidentifikasi kemungkinan mekanisme yang menyebabkan arus keluar ini (tampaknya inilah yang disebut magnetocentrifugal entrainment dan mirip dengan pemicu jilatan api matahari).
Melacak jalan keluar lubang hitam tercepat
Pada pertemuan American Astronomical Society ke-248 di Pasadena, California, Xiang mempresentasikan metode baru untuk menentukan kapan angin kencang NGC 4151 aktif. Pendekatan ini dapat membantu para peneliti mengidentifikasi aliran serupa di galaksi lain dan meningkatkan pemahaman tentang AGN di seluruh alam semesta.
Karena angin AGN dapat berubah secara signifikan seiring berjalannya waktu, Xiang memerlukan cara untuk menentukan kapan angin keluar tercepat dan terkuat terjadi. Untuk melakukan ini, dia menganalisis pengamatan XRISM selama ratusan hari di NGC 4151.
Karyanya berfokus pada periode ketika sinar-X galaksi berkobar dan bagaimana sinyal sinar-X berkembang pada jam-jam berikutnya.
Selain mengukur kecerahan, Xiang mempelajari apakah sinar-X yang terdeteksi relatif keras atau lembut, suatu sifat yang sebanding dengan warna cahaya tampak. Dia menggabungkan pengukuran ini ke dalam metrik baru yang disebut Indeks Intensitas Warna. Miller menyarankan untuk menyingkat nama tersebut menjadi “cindicity.”
“Sebagian karena nama saya Cindy,” kata Xiang. “Tetapi idenya adalah bahwa di masa depan, Anda dapat memberi tahu saya kemungkinan sumber Anda pada saat itu dan saya dapat memberi tahu Anda kemungkinan bahwa Anda akan melihat jalan keluar yang cepat.”
Tautan temporal baru antara lubang hitam dan angin galaksi
Analisis tersebut mengungkapkan tren yang mengejutkan. Di NGC 4151, angin kencang terkuat muncul ketika sinar-X kuat namun relatif lemah.
Aliran keluar tercepat tidak terjadi selama semburan sinar-X itu sendiri. Sebaliknya, mereka biasanya muncul sekitar 10.000 detik, atau kurang dari tiga jam kemudian. Penemuan ini memberikan hubungan temporal langsung pertama antara aktivitas sinar-X dan angin kencang yang berasal dari piringan akresi lubang hitam.
Dengan mengidentifikasi kapan aliran ini terjadi, para astronom kini memiliki alat baru yang berharga untuk mempelajari bagaimana lubang hitam mempengaruhi pertumbuhan dan evolusi galaksi, dan mungkin mengapa beberapa galaksi paling masif di alam semesta kehilangan begitu banyak bintang.
