Selama tahun 1970-an, para ilmuwan mengkonfirmasi bahwa emisi radio yang datang dari pusat galaksi kita adalah karena keberadaan Lubang Hitam Supermasif (SMBH). Terletak sekitar 26.000 tahun cahaya dari Bumi antara konstelasi Sagitarius dan Scorpius, fitur ini kemudian dikenal sebagai Sagitarius A *. Sejak saat itu, para astronom memahami bahwa sebagian besar galaksi besar memiliki SMBH di pusatnya.
Terlebih lagi, para astronom mengetahui bahwa lubang hitam di galaksi-galaksi ini dikelilingi oleh lingkaran besar debu dan gas yang berputar, yang merupakan penyebab energi yang mereka keluarkan. Namun, baru-baru ini sebuah tim astronom, menggunakan Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), mampu menangkap gambar torus gas berdebu yang berputar di sekitar lubang hitam supermasif M77.
Studi yang merinci temuan mereka baru-baru ini muncul di Surat Jurnal Astronomi dengan judul "ALMA Mengungkap Torus Molekul Padat Berputar Kompak Berotom pada NGC 1068 Nucleus". Studi ini dilakukan oleh tim peneliti Jepang dari Observasi Astronomi Nasional Jepang - dipimpin oleh Masatoshi Imanishi - dengan bantuan dari Universitas Kagoshima.
Seperti kebanyakan galaksi masif, M77 memiliki Active Galactic Nucleus (AGN), di mana debu dan gas bertambah ke SMBH-nya, yang menyebabkan luminositas lebih tinggi dari normal. Untuk beberapa waktu, para astronom bingung tentang hubungan aneh yang ada antara SMBH dan galaksi. Sementara galaksi yang lebih masif memiliki SMBH yang lebih besar, galaksi induknya masih 10 miliar kali lebih besar dari lubang hitam pusatnya.
Ini secara alami menimbulkan pertanyaan tentang bagaimana dua objek dari skala yang sangat berbeda dapat secara langsung mempengaruhi satu sama lain. Akibatnya, para astronom telah berupaya mempelajari AGN untuk menentukan bagaimana galaksi dan lubang hitam berevolusi bersama. Demi penelitian mereka, tim melakukan pengamatan resolusi tinggi dari daerah pusat M77, sebuah galaksi spiral berjeruji yang terletak sekitar 47 juta tahun cahaya dari Bumi.
Menggunakan ALMA, tim mencitrakan area di sekitar pusat M77 dan mampu menyelesaikan struktur gas kompak dengan radius 20 tahun cahaya. Seperti yang diharapkan, tim menemukan bahwa struktur kompak itu berputar di sekitar lubang hitam pusat galaksi. Seperti yang Masatoshi Imanishi jelaskan dalam siaran pers ALMA:
"Untuk menafsirkan berbagai fitur pengamatan AGN, para astronom telah mengasumsikan struktur gas berdebu seperti donat di sekitar lubang hitam supermasif aktif. Ini disebut 'model terpadu' AGN. Namun, donat gas berdebu sangat kecil dalam penampilan. Dengan resolusi tinggi ALMA, sekarang kita bisa langsung melihat strukturnya. ”
Di masa lalu, para astronom telah mengamati pusat M77, tetapi tidak ada yang bisa menyelesaikan torus berputar di pusatnya sampai sekarang. Ini dimungkinkan berkat resolusi ALMA yang superior, serta pemilihan jalur emisi molekuler. Garis emisi ini termasuk hidrogen sianida (HCN) dan ion formil (HCO +), yang memancarkan gelombang mikro hanya dalam gas padat, dan karbon monoksida - yang memancarkan gelombang mikro dalam berbagai kondisi.
Pengamatan garis emisi ini mengkonfirmasi prediksi lain yang dibuat oleh tim, yaitu bahwa torus akan sangat padat. "Pengamatan sebelumnya telah mengungkapkan perpanjangan timur-barat dari torus gas berdebu," kata Imanishi. "Dinamika yang diungkapkan dari data ALMA kami setuju persis dengan orientasi rotasi torus yang diharapkan."
Namun, pengamatan mereka juga menunjukkan bahwa distribusi gas di sekitar SMBH lebih rumit daripada yang disarankan oleh model terpadu yang sederhana. Menurut model ini, rotasi torus akan mengikuti gravitasi lubang hitam; tetapi apa yang Imanishi dan timnya temukan menunjukkan bahwa gas dan debu di torus juga menunjukkan tanda-tanda gerakan yang sangat acak.
Ini bisa menjadi indikasi bahwa AGN di pusat M77 memiliki sejarah kekerasan, yang dapat mencakup penggabungan dengan galaksi kecil di masa lalu. Singkatnya, pengamatan tim menunjukkan bahwa merger galaksi mungkin berdampak signifikan pada bagaimana AGN membentuk dan berperilaku. Dalam hal ini, pengamatan mereka terhadap torus M77 sudah memberikan petunjuk tentang sejarah dan evolusi galaksi.
Studi tentang SMBH, meskipun intensif, juga sangat menantang. Di satu sisi, SMBH terdekat (Sagitarrius A *) relatif tenang, dengan hanya sejumlah kecil gas yang bertambah. Pada saat yang sama, ia terletak di pusat galaksi kita, di mana ia dikaburkan dengan mengintervensi debu, gas, dan bintang. Dengan demikian, para astronom dipaksa untuk melihat galaksi lain untuk mempelajari bagaimana SMBH dan galaksi mereka hidup berdampingan.
Dan berkat studi selama puluhan tahun dan peningkatan dalam instrumentasi, para ilmuwan mulai mendapatkan pandangan yang jelas tentang wilayah misterius ini untuk pertama kalinya. Dengan dapat mempelajarinya secara rinci, para astronom juga mendapatkan wawasan berharga tentang bagaimana lubang hitam besar dan struktur cincin mereka dapat hidup berdampingan dengan galaksi mereka dari waktu ke waktu.
