Untuk Pertama Kali, Tim Astronom Mengukur Radius Lubang Hitam

Titik tanpa balik; dalam astronomi di kenal sebagai Lubang Hitam — suatu wilayah dalam ruang yang memiliki gravitasi begitu kuat sehingga tak ada satu pun, bahkan cahaya, yang mampu meloloskan diri darinya. Lubang hitam yang besarnya mencapai ribuan kali lipat dari matahari kita mungkin terletak di jantung sebagian besar galaksi. Lubang hitam supermasif ini memiliki kekuatan yang begitu dahsyat sehingga aktivitas di pinggirannya mampu beriak di sepanjang inang galaksinya.

Kini, sebuah tim internasional, yang dipimpin para peneliti dari Observatorium Haystack MIT, untuk pertama kalinya mengukur radius lubang hitam di pusat galaksi jauh – jarak terdekat di mana materi dapat mendekat sebelum akhirnya ditarik ke dalam hitam lubang.

 
Para astronom menghubungkan antena radio di Hawaii, Arizona dan California untuk membuat array teleskop yang disebut “Event Horizon Telescope” (EHT), yang mampu melihat rincian 2.000 kali lebih halus dari apa yang bisa terlihat oleh Hubble Space Telescope. Antena-antena radio ini diaplikasikan pada M87, sebuah galaksi berjarak sekitar 50 juta tahun cahaya dari Bima Sakti. Galaksi M87 merupakan tempat berlabuhnya lubang hitam berukuran 6 miliar kali lebih besar dari matahari kita; dan dengan menggunakan array ini, tim ilmuwan mengamati kilauan materi di dekat tepian lubang hitam - suatu area yang dikenal sebagai “event horizon.”

“Setelah objek jatuh melalui event horizon, objek itu akan hilang selamanya,” kata Shep Doeleman, asisten direktur di Observatorium Haystack MIT dan asosiasi riset di Observatorium Astrofisika Smithsonian. “Itu adalah pintu keluar dari alam semesta kita. Jika Anda berjalan melalui pintu itu, Anda tidak akan kembali.”

Doeleman bersama rekan-rekannya menerbitkan hasil studi ini dalam jurnal Science.

Jet di Tepi Lubang Hitam

Lubang hitam supermasif merupakan objek paling ekstrim yang pernah diprediksi dalam teori gravitasi Albert Einstein – yang mana, menurut Doeleman, “gravitasi sepenuhnya kacau dan meremukkan massa besar ke dalam ruang yang sangat dekat.” Pada tepi lubang hitam, gaya gravitasinya sedemikian kuat hingga menarik segala yang ada di sekelilingnya. Namun, tak semuanya bisa menyeberangi event horizon untuk menyelip ke dalam lubang hitam. Hasilnya adalah “kemacetan kosmik” di mana gas dan debu membentuk panekuk datar materi yang dikenal sebagai cakram akresi. Cakram materi ini mengorbit di seputar lubang hitam dengan kecepatan yang hampir mencapai kecepatan cahaya, menyuapi lubang hitam dengan material super panas dalam pola makan yang stabil. Seiring waktu, cakram ini dapat menyebabkan lubang hitam berputar ke arah yang sama seiring mengorbitnya material tersebut.

Yang terperangkap dalam aliran spiral itu adalah medan magnet, yang mempercepat laju material panas di sepanjang balok sinar kuat di atas cakram akresi, menghasilkan jet berkecepatan tinggi, diluncurkan oleh lubang hitam dan cakram, ditembakkan keluar melintasi galaksi, memanjang sejauh ratusan ribu cahaya tahun. Jet ini dapat mempengaruhi berbagai proses aktivitas galaksi, termasuk seberapa cepat bintang terbentuk.

Gambar ini, yang dibuat dengan model komputer, menunjukkan bagaimana ekstrimnya gravitasi lubang hitam di M87 mendistorsi penampilan jet di dekat event horizon. Bagian radiasi dari jet dibengkokkan oleh gravitasi ke arah sebuah cincin yang dikenal sebagai ‘bayangan’ lubang hitam. (Kredit: Avery E. Broderick – Institut Perimeter dan Universitas Waterloo)

‘Apakah Einstein benar?’

Sebuah lintasan jet dapat membantu para ilmuwan untuk memahami dinamika lubang hitam dalam wilayah di mana gravitasi lubang hitam itu memiliki kekuatan yang dominan. Doeleman berpendapat bahwa lingkungan yang ekstrim sangat cocok untuk mengkonfirmasi teori relativitas umum Einstein – bisa menjadi deskripsi gravitasi yang definitif di masa sekarang.

“Teori-teori Einstein telah diverifikasi pada kasus-kasus medan gravitasi-rendah, seperti di bumi atau di tata surya,” kata Doeleman. “Tapi belum pernah diverifikasi secara tepat pada satu-satunya tempat di alam semesta di mana teori Einstein mungkin bisa berantakan – yaitu tepat di tepi lubang hitam.”

Berdasarkan teori Einstein, massa lubang hitam dan putarannya menentukan seberapa dekat materi dapat mengorbit sebelum kestabilannya hilang dan jatuh menuju event horizon. Karena jet pada galaksi M87 secara magnetis diluncurkan dari orbit terkecil ini, maka para astronom dapat memperkirakan perputaran lubang hitam melalui pengukuran cermat pada besaran jet saat meninggalkan lubang hitam. Hingga saat ini, belum ada teleskop yang memiliki kekuatan cukup besar yang dibutuhkan untuk pengamatan jenis ini.

Sebuah cakram akresi (oranye) gas dan debu di sekeliling lubang hitam supermasif yang terletak di pusat sebagian besar galaksi. Cakram materi galaktik ini memancarkan balok sinar magnetik (garis merah muda) yang dimuntahkan dari pusat lubang hitam, menarik keluar materi dari kedua ujung pada jet berkekuatan tinggi. (Kredit: NASA dan Ann Field – Space Telescope Science Institute)

“Kita kini berada dalam posisi untuk mengajukan pertanyaan, ‘Apakah Einstein benar?’” kata Doeleman. “Kami dapat mengidentifikasi fitur-fitur dan tanda-tanda alam yang diprediksi dalam teori-teorinya, pada medan gravitasi yang sangat kuat tersebut.”

Tim riset menggunakan teknik yang disebut Very Long Baseline Interferometry, atau VLBI, yaitu menggabungkan data dari antena-antena radio yang saling terpisah ribuan mil. Sinyal dari berbagai antena itu dikumpulkan, menciptakan sebuah “teleskop virtual” dengan kekuatan dalam teleskop tunggal yang sama besarnya dengan jarak di antara antena-antena yang terpisah tersebut. Teknik ini memungkinkan para ilmuwan untuk melihat rincian yang sangat tepat di galaksi jauh.

Dengan menggunakan teknik ini, Doeleman bersama timnya mengukur orbit terdalam cakram akresi menjadi hanya 5,5 kali ukuran event horizon lubang hitam. Berdasarkan hukum fisika, ukuran ini menunjukkan bahwa cakram akresi berputar searah dengan lubang hitam – pengamatan langsung pertama dalam rangka mengkonfirmasi teori tentang bagaimana lubang hitam menembakkan jet dari pusat galaksi.

Tim riset berencana memperluas array teleskop ini, menambah antena radio di Chili, Eropa, Meksiko, Greenland dan Antartika, untuk memperoleh gambar lubang hitam yang lebih rinci di masa yang akan datang.

Christopher Reynolds, profesor astronomi di Universitas Maryland, mengatakan bahwa hasil riset kelompok ini menghadirkan data pengamatan pertama yang nantinya akan membantu para ilmuwan memahami bagaimana jet lubang hitam berperilaku.

“Sifat dasar jet masih misterius,” kata Reynolds. “Banyak astrofisikawan yang menduga bahwa jet ditembakkan oleh putaran lubang hitam … tapi kini, gagasan-gagasan itu sepenuhnya masih berada dalam ranah teori. Pengukuran ini merupakan langkah pertama dalam menempatkan gagasan-gagasan tersebut pada dasar observasional yang tegas.”

Kredit: Massachusetts Institute of Technology
Jurnal: Sheperd S. Doeleman, Vincent L. Fish, David E. Schenck, Christopher Beaudoin, Ray Blundell, Geoffrey C. Bower, Avery E. Broderick, Richard Chamberlin, Robert Freund, Per Friberg, Mark A. Gurwell, Paul T. P. Ho, Mareki Honma, Makoto Inoue, Thomas P. Krichbaum, James Lamb, Abraham Loeb, Colin Lonsdale, Daniel P. Marrone, James M. Moran, Tomoaki Oyama, Richard Plambeck, Rurik A. Primiani, Alan E. E. Rogers, Daniel L. Smythe, Jason SooHoo, Peter Strittmatter, Remo P. J. Tilanus, Michael Titus, Jonathan Weintroub, Melvyn Wright, Ken H. Young, Lucy Ziurys. Jet-Launching Structure Resolved Near the Supermassive Black Hole in M87. Science, 2012; DOI: 10.1126/science.1224768

Diposting Senin, 1 Oktober 2012 jam 10:44 pm oleh Gun HS