Ledakan Sinar-Gamma yang Terpancar Jauh dari Sumbernya di Lubang Hitam

Pada tahun 2011, sebuah ledakan yang sangat berenergi yang terjadi mencapai sebulan lamanya, diakbiatkan oleh lubang hitam yang sangat besar, terjadi 11 miliar tahun lalu menyapu Bumi. Hal ini diketahui dari pengamatan menggunakan kombinasi data dari NASA FERMI Gamma-ray Space Telescope dan Very Long Baseline National Science Foundation Array (VLBA), teleskop radio terbesar di dunia. Dari pengamatan tersebut, para ahli astronom telah memusatkan perhatian pada sumber ledakan kuno ini.

Teoretikus menduga semburan kuat sinar gamma hanya terjadi di dekat lubang hitam pusat galaksi, sebagai pembangkit tenaga yang bertanggung jawab untuk aktivitas tersebut. Hanya beberapa pengamatan yang menyarankan bahwa tidaklah demikian adanya.

Ledakan yang terjadi pada 2011 dari galaksi dikenal sebagai 4C +71.07 saat ini memberikan bukti paling jelas dan terjauh bahwa teori yang dipercayai tersebut masih perlu diuji lebih lanjut. Emisi sinar-gamma yang teramati berasal dari posisi disekitar 70 tahun cahaya dari lubang hitam pusat galaksi.

Galaksi 4C +71.07 ditemukan sebagai sumber emisi radio yang kuat pada tahun 1960. NASA Compton Gamma-Ray Observatory, yang beroperasi pada 1990-an, mendeteksi energi tinggi flare, tetapi galaksinya teramati sebagai dalam keadaan tenang dari pengamatan misi Fermi di orbit selama dua setengah tahun pertama.

Pada awal November 2011, pada puncak ledakan, galaksi lebih cerlang mencapai lebih dari 10.000 kali lebih terang daripada luminositas semua bintang di galaksi Bima Sakti kita digabungkan.

Menurut David Thompson, wakil ilmuwan yang menjadi wakil kepala proyek Fermi di NASA Goddard Space Flight Center di Greenbelt, Md “Aktivitas ini baru terjadi setelah tidur panjang, dan itu penting karena memungkinkan kita untuk secara eksplisit menghubungkan ledakan sinar-gamma dengan peningkatan emisi yang teramati oleh teleskop radio.”

Terletak di konstelasi Ursa Major, 4C +71.07 begitu jauh sehingga cahayanya membutuhkan 10,6 miliar tahun untuk mencapai Bumi. Astronom melihat galaksi ini ada sebagaimana ketika alam semesta kurang dari seperempat dari usianya saat ini.

Pada inti galaksi terletak lubang hitam berukuran sangat besar, mencapai 2,6 miliar kali massa matahari. Materi yang jatuh ke lubang hitam mengalami percepatan ke arah  luar dengan laju hampir mencapai laju cahaya, menciptakan jet partikel ganda yang meledak kuat di arah yang berlawanan. Salah satu jet terjadi pada arah yang hampir langsung mengarah menuju Bumi. Karakteristik ini membuat 4C +71.07 menjadi sebuah blazar, yaitu klasifikasi yang mencakup sumber-sumber sinar-gamma paling cerlang di langit.

Alan Marscher dan Svetlana Jorstad, astronom dari universitas Boston rutin memantau 4C +71.07 bersama dengan puluhan blazars lain menggunakan beberapa fasilitas, termasuk VLBA.

Instrumennya tersusun dari 10 radio teleskop yang terentang di sepanjang Amerika Utara, dari Hawaii ke St. Croix di US Virgin Islands, dan memiliki daya pisah (resolving power) dari satu piringan radio tunggal lebih dari 5.300 mil ketika sinyal mereka digabungkan. Akibatnya, detil yang diamati VLBA mencapai jutaan kali lebih kecil dari Large Area Telescope Fermi (LAT) dan 1.000 kali lebih kecil dari NASA Hubble Space Telescope.

Pada musim gugur 2011, citra VLBA mengungkapkan simpul cerlang yang seperti tampak bergerak keluar dengan lau 20 kali lebih cepat dari cahaya.

Menurut Marscher, yang mempresentasikan temuan tersebut Senin, 7 Januari, pada pertemuan American Astronomical Society di Long Beach, California “Meskipun kecepatan yang teramati ini jelas adalah ilusi yang disebabkan oleh gerakan yang sebenarnya, pada arah yang hampir langsung menuju kami di 99,87 persen laju cahaya, simpul ini adalah kunci untuk menentukan lokasi di mana sinar-gamma yang diproduksi pada jet lubang hitam.”

Simpul teramati tersebut melewati fitur cerlang yang stasioner pada jet, yang oleh astronom disebut sebagai “inti” radio pada tanggal 9 April 2011. Hal ini terjadi dalam beberapa hari pendeteksian Fermi dari ledakan sinar-gamma di blazar. Marscher dan Jorstad mencatat bahwa blazar mengalami peningkatan kecerlangan pada panjang gelombang tampak dalam langkahan peristiwa dengan emisi energi yang lebih tinggi.

Selama periode paling intens ledakan, dari Oktober 2011 hingga Januari 2012, para ilmuwan menemukan arah polarisasi blazar dalam cahaya tampak mengalami rotasi sebagaimana pada simpul dalam emisi radio. Mereka menyimpulkan simpul bertanggung jawab atas cahaya tampak dan sinar-gamma, yang bervariasi dalam sinkronisasi.

Asosiasi ini memungkinkan para peneliti untuk menentukan lokasi semburan kuat sinar-gamma sekitar 70 tahun cahaya dari lubang hitam.

Para astronom berpikir bahwa sinar-gamma diproduksi ketika elektron bergerak mendekati kecepatan cahaya dalam jet bertabrakan dengan cahaya tampak dan merah-infra yang berasal dari luar jet. Tabrakan semacam itu dapat menendang cahaya hingga energi yang jauh lebih tinggi, proses yang dikenal sebagai inverse-hamburan Compton.

Sumber cahaya rendah-energi tersebut tidak jelas saat ini. Para peneliti berspekulasi bahwa sumbernya bisa saja berasal dari lingkungan luar jet bergerak lambat, dan menyulubungi jet. Nicholas MacDonald, seorang mahasiswa pascasarjana di Boston University, sedang menyelidiki bagaimana kecerlangan sinar-gamma harus berubah dalam skenario ini untuk dapat dibandingkan dengan pengamatan. “VLBA adalah satu-satunya instrumen yang dapat membawa kita gambar dari begitu dekat tepi lubang hitam supermasif muda, dan Fermi LAT adalah satu-satunya instrumen yang dapat melihat cahaya dengan energi tertinggi dari jet galaksi,” kata Jorstad.

Sumber: NASA