Potret Bintang di Sekitar Pusat Galaksi Bima Sakti

Potret terbaru bintang di dekat Sagittarius A* tidak hanya lebih tajam tapi juga bisa untuk menentukan massa lubang hitam supermasif di pusat galaksi Bima Sakti dengan lebih akurat.

Lubang hitam. Kita mengenal objek yang satu ini sebagai hasil akhir evolusi bintang masif. Lubang hitam terbentuk setelah bintang meledak sebagai supernova dan menyisakan pusat bintang yang runtuh. Jika pusat bintang yang runtuh melebihi 3 massa Matahari, maka tekanan degenerasi elektron dan neutron gagal untuk menghentikan keruntuhan gravitasi bintang. Akibatnya bintang makin mampat dengan medan gravitasi permukaan yang makin kuat. Objek inilah yang kita kenal sebagai lubang hitam massa bintang.

Lubang hitam yang massanya bisa miliaran kali lebih besar dari lubang hitam massa bintang bisa ditemukan di pusat galaksi-galaksi besar. Di pusat Bima Sakti, berdiam lubang hitam supermasif yang kita kenal dengan nama Sagittarius A* atau Sgr A*. 

Tentunya kita ingin tahu seperti apa lubang hitam Sgr A* itu. Berapa massanya yang akurat, bagaimana lubang hitam ini berotasi, dan bagaimana perilaku bintang-bintang yang bergerak di dekatnya. Apakah gerak bintang-bintang tersebut sesuai prediksi teori relativitas umum?

Bintang di dekat Sgr A*

Tidak mudah untuk mempelajari lubang hitam di pusat galaksi. Keberadaan benda kompak yang satu ini bisa kita ketahui dari pergerakan objek-objek di dekatnya. Masalahnya, pengamatan ke arah pusat galaksi juga tidak mudah. Ada sejumlah besar debu di Bima Sakti yang menghalangi pengamatan. Hanya cahaya inframerah yang bisa melewati debu tersebut. Karena itu, pengamatan dilakukan menggunakan teleskop dan kamera yang bisa melihat pada cahaya inframerah.

Di area sekitar Sgr A* ada sebagian materi yang memancarkan inframerah. Selain itu ada gugus bintang masif S di sekitarnya. Bintang-bintang di gugus S ini termasuk terang untuk diamati dengan teleskop-teleskop besar yang ada di Bumi. Pengamatan selama bertahun-tahun tentu bisa memperlihatkan bagaimana bintang-bintang ini bergerak dalam orbitnya di sekitar lubang hitam supermasif. Pengamatan tersebut juga memperlihatkan bagaimana gravitasi lubang hitam yang luar biasa kuat mempengaruhi pergerakan bintang-bintang tersebut. 

Untuk itu, para astronom yang tergabung dalam kolaborasi GRAVITY mengembangkan teknik analisis baru untuk mencari bintang di dekat Sgr A* dan mengamati pergerakan bintang-bintang tersebut saat mengorbit lubang hitam. Pengamatan dilakukan dengan teknik interferometri menggunakan empat teleskop VLT 8,2 meter. Hasilnya, para astronom bisa melihat pergerakan bintang di area pusat Bima Sakti 20 kali lebih tajam jika dibandingkan dengan satu teleskop VLT. 

Orbit sebuah objek (dalam hal ini bintang) bergantung pada massa dan jarak dari objek (lubang hitam supermasif) yang di orbitnya. Nah, dengan melacak pergerakan bintang di dekat pusat galaksi, maka para astronom bisa mengetahui massa lubang hitam. 

Yang dilacak pergerakannya adalah bintang S29 dan S55 yang berpapasan dekat dengan Sgr A* di tahun 2021. Berada dekat lubang hitam supermasif di pusat Bima Sakti tentu mempengaruhi gerakan kedua bintang tersebut. Gravitasi yang kuat menyebabkan kedua bintang bergerak dengan kecepatan tinggi saat mengitari Sgr A*.  Pada saat berpapasan dekat tentu saja kecepatan kedua bintang akan mencapai maksimum karena menerima pengaruh yang besar dari gravitasi Sgr A*.

Melacak Gerak Bintang

Bintang S29 diketahui berpapasan dekat dengan Sgr A* pada jarak 13 miliar km dari lubang hitam tersebut. Jarak ini setara dengan 90 kali jarak Matahari-Bumi. Kecepatannya, tentu saja sangat cepat. Bintang ini bergerak dengan laju 31 juta km per jam! 

Dengan kecepatan itu kita bisa mencapai Bulan hanya dalam 45 detik. Tidak ada bintang lain yang pernah teramati sedekat itu dan secepat itu di sekeliling lubang hitam. 

Pengamatan juga memperlihatkan bintang S62 yang mendekati lubang hitam. Bintang yang diduga mengorbit lubang hitam setiap 9,9 tahun justru tidak cukup cepat untuk mengorbit sesuai waktu yang diperkirakan tersebut. Selain itu, para astronom juga menemukan bintang S300 yang bergerak menjauh dari lubang dengan sangat cepat. 

Dari jejak bintang yang mengorbit pada jarak dekat dari Sgr A*, para astronom bisa mengetahui besarnya medan gravitasi di area dekat lubang hitam supermasif tersebut. Tujuannya tentu saja untuk menguji teori relativitas umum dan menentukan massa serta jarak Sgr A*. Hasilnya, para astronom bisa mengonfirmasi kalau bintang-bintang tersebut bergerak seperti prediksi teori relativitas umum untuk bintang yang mengorbit lubang hitam. Massa lubang hitam berhasil ditentukan dengan lebih presisi yakni 4,297 massa Matahari sedangkan jaraknya 26.983 tahun cahaya dari Bumi. Jarak ini sesuai dengan pengukuran sebelumnya.

Konfirmasi gerak bintang di sekeliling lubang hitam sekaligus juga mengonfirmasi perilaku bintang S2 saat papasan dekat dengan lubang hitam Sgr A* pada tahun 2018. 

Hasil analisis data juga memperlihatkan konsentrasi massa dalam jarak 18 miliar km dari Sgr A*. Jika seluruh massa berasal dari bintang maka area ini akan sangat ramai dan tentu saja sangat terang. Tapi, tidak ada apapun yang tampak. Konsentrasi yang sedemikian besar tentu saja hanya bisa berasal dari benda yang tak tampak namun sangat masif. Lubang hitam.