Lubang hitam adalah kekuatan alam yang paling menarik dan menginspirasi. Mereka juga salah satu yang paling misterius karena cara aturan fisika konvensional terurai di hadapan mereka. Terlepas dari penelitian dan pengamatan selama beberapa dekade, masih banyak yang tidak kita ketahui tentang mereka. Bahkan, hingga saat ini, para astronom belum pernah melihat gambar lubang hitam dan tidak mampu mengukur massa mereka.
Namun, tim fisikawan dari Institut Fisika dan Teknologi Moskow (MIPT) baru-baru ini mengumumkan bahwa mereka telah menemukan cara untuk mengukur massa black hole secara tidak langsung sembari memastikan keberadaannya. Dalam sebuah studi baru-baru ini, mereka menunjukkan bagaimana mereka menguji metode ini pada lubang hitam supermasif yang baru-baru ini dicitrakan di pusat galaksi aktif Messier 87.
Studi ini muncul dalam edisi Agustus 2008 Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society. Selain para peneliti dari MIPT, tim tersebut termasuk anggota dari Institut Gabungan Belanda untuk VLBI ERIC (JIVE) yang berbasis di Belanda, Institut Astronomi & Astrofisika Academia Sinica di Taiwan, dan Observatorium Mizusawa VLBI NOAJ di Jepang.
Selama beberapa dekade, para astronom telah mengetahui bahwa sebagian besar galaksi masif memiliki lubang hitam supermasif (SMBH) di pusatnya. Kehadiran SMBH ini mengarah ke sejumlah besar aktivitas dalam inti, di mana gas dan debu jatuh ke dalam disk akresi dan mempercepat ke kecepatan yang menyebabkan mereka memancarkan cahaya, serta radio, microwave, x-ray, dan gamma- radiasi sinar.
Untuk beberapa galaksi, jumlah radiasi yang dihasilkan oleh wilayah inti sangat terang sehingga benar-benar mengalahkan cahaya yang datang dari semua bintang di cakramnya. Ini dikenal sebagai galaksi Aktif Galactic Nuclei (AGN) karena mereka memiliki inti aktif dan galaksi lain yang relatif "tenang". Pengenal tanda lain bahwa galaksi aktif adalah berkas panjang benda superpanas yang memanjang.
“Jet relativistik” ini, yang dapat meluas hingga jutaan tahun cahaya ke luar, dinamakan demikian karena materi di dalamnya dipercepat hingga sepersekian dari kecepatan cahaya. Sementara jet-jet ini belum sepenuhnya dipahami, konsensus saat ini adalah bahwa mereka dihasilkan oleh "efek motorik" tertentu yang disebabkan oleh SMBH yang berputar cepat.
Contoh yang baik dari galaksi aktif dengan jet relativistik adalah Messier 87 (alias. Virgo A), galaksi supergiant yang terletak di arah Virgo Constellation. Galaksi ini adalah galaksi aktif terdekat dengan Bumi, dan karenanya merupakan salah satu yang paling banyak dipelajari. Awalnya ditemukan pada 1781 oleh Charles Messier (yang mengira itu sebagai nebula), telah dipelajari secara teratur sejak itu. Pada 1918, jet optiknya menjadi yang pertama dari jenisnya yang diamati.
Berkat kedekatannya, para astronom dapat mempelajari jet Messier 87 dengan cermat - memetakan struktur dan kecepatan plasma serta mengukur suhu dan kepadatan partikel di dekat aliran jet. Batas-batas jet telah dipelajari dengan sangat rinci sehingga para peneliti menemukan bahwa itu homogen sepanjang dan berubah bentuk semakin jauh diperpanjang (berubah dari parabola menjadi kerucut).
Semua pengamatan ini telah memungkinkan para astronom untuk menguji hipotesis mengenai struktur galaksi aktif dan hubungan antara perubahan dalam bentuk jet dan pengaruh lubang hitam di inti galaksi. Dalam hal ini, tim peneliti internasional mengambil keuntungan dari hubungan ini dan untuk menentukan massa SMBH M87.
Tim juga mengandalkan model teoretis yang memprediksi jatuhnya pesawat jet, yang memungkinkan mereka untuk membuat model di mana massa SMBH akan secara akurat mereproduksi bentuk yang diamati dari jet M87. Dengan mengukur lebar jet dan jarak antara inti dan pecahnya bentuknya, mereka juga menemukan bahwa batas jet M87 terdiri dari dua segmen dengan dua kurva yang berbeda.
Pada akhirnya, kombinasi model teoritis, pengamatan dan perhitungan komputer memungkinkan tim untuk mendapatkan pengukuran tidak langsung dari massa dan laju putaran lubang hitam. Studi ini tidak hanya menyediakan model baru untuk estimasi lubang hitam dan cara baru pengukuran untuk jet tetapi juga mengkonfirmasi hipotesis yang mendasari struktur jet.
Pada dasarnya, hasil tim menggambarkan jet sebagai aliran cairan bermagnet, di mana bentuknya ditentukan oleh medan elektromagnetik di dalamnya. Ini, pada gilirannya, tergantung pada hal-hal seperti kecepatan dan muatan partikel jet, arus listrik di dalam jet, dan tingkat di mana SMBH bertambah penting dari piringan di sekitarnya.
Interaksi antara semua faktor ini adalah apa yang memunculkan terobosan yang diamati dalam bentuk jet, yang kemudian dapat digunakan untuk mengekstrapolasi massa SMBH dan seberapa cepat ia berputar. Elena Nokhrina, wakil kepala laboratorium MIPT yang terlibat dalam penelitian ini dan penulis utama di makalah tim, menjelaskan metode yang mereka kembangkan dengan cara berikut:
“Metode independen baru untuk estimasi massa dan putaran lubang hitam adalah hasil utama dari pekerjaan kami. Meskipun akurasinya sebanding dengan metode yang ada, ia memiliki keunggulan karena membawa kita lebih dekat ke tujuan akhir. Yaitu, menyempurnakan parameter inti 'motor' untuk lebih memahami sifatnya. "
Berkat ketersediaan instrumen canggih untuk mempelajari SMBH (seperti Event Horizon Telescope) dan teleskop ruang angkasa generasi mendatang yang akan segera beroperasi, tidak perlu waktu lama untuk model baru ini diuji secara menyeluruh. Kandidat yang baik adalah Sagitarius A *, SMBH di pusat galaksi kita yang diperkirakan antara 3,5 juta 4,7 juta massa Matahari.
Selain menempatkan batasan yang lebih akurat pada massa ini, pengamatan di masa depan juga dapat menentukan seberapa aktif (atau tidak aktif) inti galaksi kita. Ini dan misteri lubang hitam lainnya menunggu!
