Donat Yang Menyusut di Lubang Hitam

Pengamatan pada sistem ganda lubang hitam dan bintang pasangannya menunjukkan adanya pergerakan arah mundur dari piringan akresi berbentuk donat di sekitar lubang hitam.

Donat yang menyusut ini tampak pada sistem ganda GX 339-4 yang terdiri dari  bintang bermassa Matahari dan lubang hitam bermassa 10 massa Matahari.  Perubahan tersebut diharapkan dapat memberi pemahaman yang lebih baik mengenai bagaimana sistem ini melakukan lontaran partikel jet yang bergerak sangat cepat.

Sistem ganda yang memiliki pasangan bintang normal dan lubang hitam pada umumnya akan memproduksi arus putaran yang besar pada pancaran sinar-X dan ledakan berkecepatan tinggi pada gas yang kecepatannya bisa melebihi 1/3 kecepatan cahaya. Yang menjadi bahan bakar pada kejadian ini adalah gas yang ditarik keluar dari bintang normal, bergerak spiral menuju lubang hitam dan berakhir dengan menumpuk dalam piringan akresi yang snagat rapat.

Pada saat gas yang mengalir dari bintang normal mencapai jumlah yang banyak, piringan yang terbentuk itu akan mencapai jarak yang sangat dekat dengan lubang hitam. Namun di saat aliran itu merenggang, teori yang ada memprediksi kalau gas di sekitar lubag hitam akan mengalami pemanasan dan akhirnya terjadi penguapan pada area bagian dalam piringan. Tapi seperti apa kejadiannya, belum ada astronom yang bisa mengamatinya.

Untuk itulah John Tomsick dari University of California, Berkeley, beserta timnya melakukan pengamatan pada GX 339-4, sistem ganda sinar-X massa rendah yang berada pada jarak 26 000 tahun cahaya di rasi Ara.  Pada sistem tersebut, setiap 1,7 hari, bintang normal yang hampir sama seperti matahari itu berputar mengelilingi pusat massa yang dekat dengan lubang hitam, sehingga tampak seperti si bintang sedang mengitari lubang hitam yang massanya 10 massa matahari.  Bisa dikatakan sistem ini merupakan sistem ganda yang paling dinamik karena dalam 7 tahun telah berhasil diamati 4 ledakan besar disana.

Bulan September 2008, sembilan bulan setelah ledakan terbaru yang terjadi, para peneliti mulai melakukan pengamatan pada GX 339-4 dengan menggunakan teleskop landas angkasa Suzaku X-ray observatory, hasil kerjasama Japan Aerospace Exploration Agency and NASA. Selain itu mereka juga melakukan pengamatan menggunakan satelit Rossi X-ray Timing Explorer milik NASA pada saat bersamaan.

Hasilnya, instrumen di kedua satelit menunjukkan kalau sistem ganda tersebut merupakan sistem lemah (redup) namun sedang dalam kondisi yang aktif ditandai oleh letupan jet yang diproduksi oleh lubang hitam. Kondisi ini juga dikonfirmasi kebenarannya oleh hasil pengamatan radio dari Australia Telescope Compact Array. Data radio yang didapat menunjukkan kalau letupan di GX 339-4 mengalami peningkatan.

Meskipun sistem ganda ini termasuk redup, Suzaku ternyata mampu untuk mengukur garis spektrum sinar-X yang dihasilkan dari pijaran atom besi. Sensitivitas Suzaku terhadap garis emisi besi sekaligus kemampuannya untuk mengukur bentuk garis tersebut menjadi kunci dalam mempelajari perubahan piringan akresi yang hanya terjadi pada luminositas rendah.

Foton sinar-X dari sistem ganda yang dipancarkan dari area piringan yang paling dekat dengan lubang hitam secara alami memiliki efek gravitasi yang kuat. Dalam kejadian ini, sinar-X akan kehilangan energi dan menghasilkan sinyal karakteristik. Pada kondisi yang sangat cerlang, sinar X dari GX 339-4 dapat dilacak sampai jarak sekitar 20 mil dari lubang hitam. Namun pada pengamatan yang dilakukan Suzaku, tepi dalam yang menjadi batas piringan akresi justru bergerak mundur sekitar 600 mil.  Pancaran yang diamati oleh tim ini berasal dari gas yang sagat rapat, dimana ada banyak atom besi yang menghasilkan sinar-X.

Yang menarik, emisi atau pancara tersebut justru berhenti saat mendekati lubang hitam. Atau bisa dikatakan piringan yang rapat itu sudah menghilang.  Yang terjadi adalah pada laju akresi yang rendah, piringan bagian dalam yang rapat kemudian mengalami penipisan sampai akhirnya menjadi gas yang sangat panas dan renggang. Seperti halnya air yang berubah menjadi uap.  Piringan bagian dalam ini memiliki temperatur pada kisaran 11 juta derajat Celcius, namun gas panas yang dihasilkan dari penguapan justru ribuan kali lebih panas lagi.

GX 339-4 juga diketahui dapat menghasilkan jet atau semburan pada bagian yang paling rapat di piringan meskipun jarak piringan tersebut jauh dari lubang hitam. Hasil penelitian ini memang belum bisa mengungkapkan bagaimana semburan tersebut terbentuk namun diketahui juga bahwa aliran akresi yang kerapatannya merupakan bagian penting dalam pembentukan jet secara tetap di sistem lubang hitam.

Sumber : NASA/Suzaku