Pada 11 November 2014, sebuah jaringan global teleskop mendapatkan sinyal dari jarak sejauh 300 juta tahun cahaya yang diciptakan oleh tidal disruption flare [gangguan pasang surut] – sebuah ledakan energi elektromagnetik yang terjadi saat sebuah lubang hitam merobek sebuah bintang yang melewatinya. Sejak penemuan ini, para astronom telah melatih teleskop lain pada peristiwa yang sangat langka ini untuk mengetahui lebih banyak tentang bagaimana lubang hitam melahap materi dan mempengaruhi pertumbuhan galaksi.
Para ilmuwan dari MIT dan Johns Hopkins University kini telah mendeteksi sinyal radio dari peristiwa yang sangat sesuai dengan emisi sinar X yang dihasilkan dari suar yang sama 13 hari sebelumnya. Mereka meyakini “gema” radio ini, yang lebih dari 90 persen mirip dengan emisi sinar X pada peristiwa tersebut, lebih dari sekadar kebetulan. Malahan, mereka tampak sebagai bukti adanya partikel jet raksasa yang sangat energik yang mengalir keluar dari lubang hitam saat material bintang runtuh.
Dheeraj Pasham, seorang postdoc di MIT’s Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, mengatakan bahwa pola yang sangat mirip menunjukkan bahwa kekuatan jet yang dikeluarkan dari lubang hitam entah bagaimana dipengaruhi oleh tingkat di mana lubang hitam tersebut melahap bintang yang dilenyapkan .
“Ini memberi tahu kami bahwa tingkat kemampuan lubang hitam mempengaruhi kekuatan jet yang dihasilkannya,” kata Pasham. “Lubang hitam yang diberi makan dengan baik menghasilkan jet yang kuat, sementara lubang hitam yang malnutrisi menghasilkan jet lemah atau tidak ada jet sama sekali. Ini adalah pertama kalinya kami melihat sebuah jet yang dikendalikan oleh lubang hitam supermasif. ”
Pasham mengatakan para ilmuwan menduga bahwa jet lubang hitam didukung oleh tingkat akresi mereka, namun mereka tidak pernah dapat mengamati hubungan ini dari satu peristiwa.
“Anda bisa melakukan ini hanya pada sebuah kejadian spesial di mana lubang hitam hanya terduduk tanpa melakukan apa-apa, dan kemudian tiba-tiba datang sebuah bintang, memberi banyak bahan bakar untuk dijadikan kekuatan pada dirinya sendiri,” kata Pasham. “Itulah kesempatan sempurna untuk mempelajari hal-hal seperti itu dari nol, pada dasarnya.”
Pasham dan kolaboratornya, Sjoert van Velzen dari Universitas Johns Hopkins, melaporkan hasilnya dalam sebuah makalah yang diterbitkan minggu ini di Astrophysical Journal.
Menimbulkan perdebatan
Berdasarkan model teoritis evolusi lubang hitam, dikombinasikan dengan pengamatan galaksi yang jauh, para ilmuwan memiliki pemahaman umum tentang apa yang terjadi selama kejadian gangguan pasang surut: Saat sebuah bintang melewati sebuah lubang hitam, tarikan gravitasi lubang hitam menghasilkan kekuatan pasang surut pada bintang, mirip dengan cara di mana bulan menggerakkan pasang surut di Bumi.
Namun, kekuatan gravitasi lubang hitam sangat besar sehingga bisa mengganggu bintang, meregangkan dan meratakannya seperti pancake dan akhirnya merobek-robek bintang menjadi potongan-potongan. Malahan, hujan deras bintang turun dan terjebak dalam cakram akresi – pusaran bahan kosmik yang pada akhirnya menyalurkan dan memberi makan lubang hitam.
Seluruh proses ini menghasilkan semburan energi kolosal di seluruh spektrum elektromagnetik. Para ilmuwan telah mengamati semburan ini di pita optik, ultraviolet, dan sinar-X, dan juga kadang-kadang pada ujung spektrum radio. Sumber emisi sinar-X dianggap bahan sangat panas di daerah terdalam dari cakram akresi, yang baru saja akan jatuh ke dalam lubang hitam. Emisi optik dan ultraviolet kemungkinan timbul dari material lebih jauh di dalam cakram, yang pada akhirnya akan ditarik ke dalam lubang hitam.
Namun, apa yang menimbulkan emisi radio saat terjadi gangguan pasang surut telah diperdebatkan.
“Kami tahu bahwa gelombang radio berasal dari elektron yang benar-benar energik yang bergerak dalam medan magnet – ini adalah proses yang mapan,” kata Pasham. “Perdebatannya adalah, dari mana elektron yang benar-benar energik ini berasal?”
Beberapa ilmuwan mengusulkan bahwa, pada saat setelah ledakan bintang, gelombang kejut menyebar ke luar dan memberi energi pada partikel plasma di media sekitarnya, dalam sebuah proses yang pada gilirannya memancarkan gelombang radio. Dalam skenario seperti itu, pola gelombang radio yang dipancarkan akan terlihat sangat berbeda dari pola sinar-X yang dihasilkan dari puing-puing bintang yang hancur tersedot.
“Apa yang kami temukan pada dasarnya menantang paradigma ini,” kata Pasham.
Pola pergeseran
Pasham dan van Velzen melihat melalui data yang tercatat dari gangguan pasang surut yang ditemukan pada tahun 2014 oleh jaringan teleskop global ASASSN (All-sky Automated Survey for Supernovae). Segera setelah penemuan awal, beberapa teleskop elektromagnetik berfokus pada peristiwa tersebut, yang oleh para astronom menciptakan ASASSN-14li. Pasham dan van Velzen meneliti data radio dari tiga teleskop dalam peristiwa tersebut selama 180 hari.
Para peneliti melihat melalui data radio yang dikompilasi dan menemukan kemiripan yang jelas dengan pola yang sebelumnya mereka amati dalam data sinar-X dari peristiwa yang sama. Ketika mereka mencocokkan data radio dengan data sinar-X, dan menggeser keduanya untuk membandingkan kemiripannya, mereka menemukan dataset paling mirip, dengan kemiripan 90 persen, saat digeser selama 13 hari. Artinya, fluktuasi spektrum X-ray yang sama muncul 13 hari kemudian pada gelombang radio.
“Satu-satunya cara perangkaian bisa terjadi adalah jika ada proses fisik yang entah bagaimana menghubungkan aliran akselerasi sinar-X dengan daerah penghasil radio,” kata Pasham.
Dari data yang sama ini, Pasham dan van Velzen menghitung ukuran daerah pemancar sinar-X menjadi sekitar 25 kali ukuran matahari, sementara daerah pemancar radio sekitar 400.000 kali radius matahari.
“Bukan suatu kebetulan bahwa ini sedang terjadi,” kata Pasham. “Jelas ada hubungan kausal antara daerah kecil ini yang menghasilkan sinar-X, dan wilayah besarnya yang menghasilkan gelombang radio.”
Tim mengusulkan bahwa gelombang radio dihasilkan oleh partikel berenergi tinggi yang mulai mengalir keluar dari lubang hitam sesaat setelah lubang hitam mulai menyerap bahan dari bintang yang meledak. Karena daerah jet dimana gelombang radio pertama terbentuk sangat padat (padat dengan elektron), sebagian besar gelombang radio segera diserap oleh elektron lain.
Hanya ketika elektron melakukan perjalanan ke hilir jet sehingga gelombang radio bisa lepas – menghasilkan sinyal yang akhirnya terdeteksi oleh para peneliti. Jadi, mereka mengatakan, kekuatan jet harus dikendalikan oleh laju akselerasi, atau kecepatan lubang hitam yang memakan reruntuhan bintang memancarkan sinar X.
Pada akhirnya, hasilnya dapat membantu ilmuwan lebih baik mengkarakterisasi fisika perilaku jet – unsur penting dalam pemodelan evolusi galaksi. Diperkirakan galaksi tumbuh dengan menghasilkan bintang baru, sebuah proses yang membutuhkan suhu yang sangat dingin. Ketika lubang hitam memancarkan segumpal partikel, pada dasarnya memanas di sekitar galaksi, menghentikan sementara produksi bintang. Pasham mengatakan bahwa wawasan baru tim mengenai produksi jet dan pertambahan lubang hitam dapat membantu menyederhanakan model evolusi galaksi.
“Jika tingkat di mana lubang hitam diberi makan sebanding dengan laju pemompaan energi, dan jika itu benar-benar bekerja untuk setiap lubang hitam, ini adalah resep sederhana yang dapat Anda gunakan dalam simulasi evolusi galaksi,” kata Pasham. “Jadi ini mengisyaratkan gambaran yang lebih besar.”
