Piringan akresi lubang hitam supermasif terlihat ‘di tepinya’ untuk pertama kalinya

Para astronom telah mengamati tepi luar piringan materi yang mengelilingi lubang hitam supermasif untuk pertama kalinya.

A voir aussi : Pembuat pil aborsi kalah dalam upaya memblokir larangan aborsi di West Virginia

Pengamatan ini dapat membantu para ilmuwan mengukur dengan lebih baik struktur yang mengelilingi monster-monster kosmik ini, memahami bagaimana lubang hitam memakan struktur-struktur tersebut, dan menyimpulkan bagaimana pengaruh lubang hitam terhadap evolusi galaksi yang menampung fenomena tersebut.

Lubang hitam supermasif yang memberi makan berada di jantung wilayah dengan kecerahan luar biasa yang disebut inti galaksi aktif (AGN). Di sekitar lubang hitam ini, yang memiliki massa jutaan atau bahkan milyaran kali lebih besar dari matahari, terdapat piringan gas dan debu yang berputar-putar yang secara bertahap diumpankan ke pusat objek supermasif.

Lire également : India mengizinkan ekspor beras ke Kementerian Singapura

Pengaruh gravitasi yang luar biasa dari lubang hitam supermasif menyebabkan materi dalam piringan akresi mencapai suhu sebesar 18 juta derajat Fahrenheit (10 juta derajat Celcius). Hal ini menyebabkan struktur tersebut memancarkan radiasi di seluruh spektrum elektromagnetik, mulai dari sinar gamma berenergi tinggi dan sinar-X hingga cahaya tampak, cahaya inframerah, dan gelombang radio. Emisi dari AGN, yang juga disebut “quasar”, bisa sangat terang sehingga melebihi cahaya gabungan dari setiap bintang di galaksi yang mengelilinginya.

Terkait: Teleskop Luar Angkasa James Webb mengungkapkan lubang hitam supermasif aktif sangat langka di alam semesta awal

Namun, bahkan dengan keluaran yang sangat kuat ini, karena piringan akresi relatif kecil dan banyak yang terletak di galaksi yang sangat jauh, maka sulit untuk dicitrakan secara langsung. Namun sebagai alternatif, para astronom dapat menggunakan spektrum cahaya penuh dari piringan akresi untuk memahami fisikanya dan bahkan menentukan ukurannya.

Teknik inilah yang diadopsi oleh tim yang dipimpin peneliti dari Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, Brazil. Denimara Dias dos Santos dan Alberto Rodriguez-Ardila mempelajari piringan akresi quasar jauh, III Zw 002, yang terletak di jantung galaksi Messier 106 (M 106). M 106 hidup sekitar 24 juta tahun cahaya dari Bumi di konstelasi Canes Venatic.

Tim tersebut untuk pertama kalinya melihat garis emisi inframerah dekat dalam spektrum cahaya yang berasal dari piringan akresi quasar ini. Garis-garis tersebut membantu para peneliti mengukur struktur seperti lempeng yang menjadi sumber makanan bagi lubang hitam supermasif, yang diperkirakan memiliki massa antara 400 dan 500 kali massa Matahari.

“Penemuan ini memberi kita wawasan berharga mengenai struktur dan perilaku wilayah garis lebar di galaksi tertentu, menyoroti fenomena menarik yang terjadi di sekitar lubang hitam supermasif di galaksi aktif,” kata Rodriguez-Ardila dalam sebuah pernyataan.

Kegembiraan di sekitar cakram akresi

Garis emisi seperti yang dipelajari oleh tim terjadi ketika sebuah atom menyerap energi dan mengadopsi apa yang oleh fisikawan disebut sebagai “keadaan tereksitasi”. Pada akhirnya, atom-atom ini harus kembali ke keadaan energi terendahnya, atau “keadaan dasar”. Penurunan kembali ke keadaan dasar melepaskan cahaya yang, karena setiap unsur mempunyai tingkat energi yang unik, berada pada panjang gelombang dan karakteristik energi atom unsur tertentu.

Artinya, emisi dalam spektrum cahaya ini dapat membantu mengidentifikasi unsur-unsur apa saja yang ada di sebuah bintang, di atmosfer sebuah planet, dan dalam hal ini, di piringan akresi di sekitar lubang hitam.

Garis emisi dari bintang dan sumber lain tampak seperti lonjakan tipis dalam spektrum, namun kondisi kekerasan di sekitar lubang hitam supermasif menyebabkan garis emisi piringan akresi tampak berbeda.

Ketika materi di dekat lubang hitam supermasif dipercepat hingga mendekati kecepatan cahaya, garis emisi terkait melebar dan mencapai puncak yang lebih dangkal. Wilayah asal emisi ini disebut sebagai wilayah garis luas piringan akresi.

Saat satu sisi piringan akresi bergerak menuju Bumi, sisi lainnya menjauh. Hal ini mengakibatkan panjang gelombang cahaya yang pendek pada sisi yang berputar ke arah kita dan panjang gelombang cahaya yang lebih panjang pada sisi piringan akresi yang menjauh.

Hal ini mirip dengan apa yang terjadi di Bumi saat ambulans melaju ke arah Anda di jalan kota. Gelombang suara sirene berkumpul, menghasilkan suara dengan panjang gelombang pendek dan frekuensi tinggi. Saat ambulans menjauh, gelombang suara melebar, dan frekuensi sirene menurun.

Fenomena ini disebut pergeseran Doppler, dan untuk cahaya yang muncul dari piringan akresi, hal ini menimbulkan dua puncak – satu terkait dengan sisi yang menjauhi Bumi dan yang lainnya terkait dengan sisi yang bergerak cepat menuju Bumi.

Ketika emisi dengan puncak ganda dan melebar ini terlihat berasal dari bagian dalam piringan akresi, hal ini tidak memberikan petunjuk apa pun kepada para astronom tentang ukuran piringan akresi. Namun, jika garis tersebut dapat dilihat dari tepi luarnya, maka itu akan terlihat.

Tim astronom ini membuat deteksi yang jelas terhadap dua profil inframerah-dekat dengan puncak ganda di wilayah garis lebar III Zw 002, garis yang berasal dari hidrogen dari area dalam piringan wilayah garis lebar dan garis yang dihasilkan oksigen di batas terluar wilayah ini.

Garis emisi ditemukan dalam data yang dikumpulkan oleh Gemini Near-Infrared Spectrograph (GNIRS), yang mampu mengamati seluruh spektrum inframerah-dekat sekaligus. Hal ini memungkinkan tim untuk menangkap spektrum tunggal yang bersih dan terkalibrasi secara konsisten untuk quasar.

“Sebelumnya kami tidak mengetahui bahwa III Zw 002 memiliki profil double peak ini, namun saat kami reduksi data, kami melihat double peak tersebut dengan sangat jelas,” kata Rodriguez-Ardila. “Faktanya, kami mengurangi data berkali-kali karena mengira itu mungkin kesalahan, namun setiap kali kami melihat hasil menarik yang sama.”

Hal ini membantu membatasi ukuran piringan akresi karena tim dapat melihat garis hidrogen berasal dari jarak 16,77 hari cahaya dari pusat lubang hitam supermasif, sedangkan garis oksigen berasal dari radius 18,86 hari cahaya.

Para astronom juga dapat menentukan ukuran wilayah garis lebar, dengan memperkirakan radius terluarnya adalah 52,43 hari cahaya. Ditambah lagi, tim dapat menghitung bahwa wilayah garis lebar piringan akresi dimiringkan pada sudut 18 derajat terhadap Bumi.

Tim akan terus memantau quasar III Zw 002, mengamati perubahan profilnya dari waktu ke waktu serta mempertimbangkan penggunaan inframerah-dekat untuk mempelajari AGN lainnya.

Penelitian ini dipublikasikan pada bulan Agustus di Astrophysical Journal Letters.