Lubang Hitam Supermasif di Pusat Galaksi Messier 77

Para astronom menemukan lubang hitam supermasif yang tersembunyi di balik cincin debu Galaksi Messier 77 (M77).

Messier 77

Messier 77 a.k.a M77 atau NGC 1068 atau yang dikenal dengan nama Galaksi Cumi-Cumi merupakan galaksi spiral berbatang yang berada 47 juta tahun cahaya dari Bumi di rasi Cetus. Karena itu, para astronom juga mengenal M77 ini dengan nama Cetus A.

Galaksi Cetus A berukuran 170.000 tahun cahaya atau hampir dua kali ukuran Bima Sakti. Nah, sama seperti bima Sakti, galaksi M77 juga punya lengan spiral yang lebar dan struktur batang di bagian tengah atau pusat. Pada lengan spiral M77, terdapat lebih banyak bintang kuning atau bintang yang setipe dengan Matahari. Sementara itu, semakin ke pusat, justru terdapat lebih banyak bintang-bintang muda generasi baru. Bintang-bintang di area pusat inilah yang membentuk struktur batang.

M77 dikategorikan sebagai galaksi Seyfert tipe II. Galaksi tipe ini memiliki garis emisi yang lebar tapi emisi radionya lemah. Garis emisi yang lebar menjadi indikasi keberadaan awan gas raksasa di M77 yang bergerak keluar dari inti dengan kecepatan beberapa ratus km per detik.

M77 termasuk galaksi aktif yang sangat terang. Di pusatnya, ada inti galaksi aktif atau active galactic nuclei (AGN) yang tersembunyi di balik debu.

Ilustrasi pusat galaksi Messier 77 atau M77 atau galaksi Cumi Cumi. Kredit: ESO/M. Kornmesser and L. Calçada

Inti Galaksi Aktif

Pada umumnya, galaksi memiliki inti yang sangat terang dan kecerlangannya menutupi terang bintang di dalam galaksi. Inti ini dikenal sebagai inti galaksi aktif atau active galactic nuclei (AGNs)

Inti galaksi aktif ini bisa sangat terang karena sumber tenaganya berasal dari lubang hitam supermasif yang biasanya bisa kita temukan di pusat galaksi.

Gravitasi lubang hitam yang kuat menarik gas dan debu di sekelilingnya dalam gerak spiral menuju lubang hitam. Aliran gas dan debu ini tidak langsung dilahap oleh lubang hitam melainkan berkumpul di sekeliling lubang hitam membentuk struktur piringan yang kita kenal sebagai piringan akresi.

Di dalam piringan akresi, gas dan debu yang bergerak dengan kecepatan hampir mencapai kecepatan cahaya saling bergesekan menghasilkan panas yang sangat tinggi dan melepaskan energi yang besar dalam bentuk lontaran jet ke dua arah. Pelepasan energi ini menyebabkan area ini bersinar sangat terang dan menutupi kecerlangan bintang-bintang di dalam galaksi.

Objek-objek yang dikategorikan sebagai AGN sudah teramati sejak awal abad ke-20 lewat pengamatan fotgrafik. Namun saat itu, objek-objek terang tersebut belum dikategorikan sebagai AGN. Pengamatan awal spektroskopik galaksi M77 maupun M81 oleh Edward Fath memperlihatkan garis emisi yang tidak biasa. Di tahun 1943, pengamatan yang dilakukan Carl Seyfert menghasilkan kesimpulan kalau galaksi-galaksi tersebut memiliki objek yang jadi sumber garis emisi lebar.

Di tahun 1950-an, Viktor Ambartsumian memperkenalkan inti galaksi aktif. Menurut Victor, ledakan di inti galaksi menyebabkan sejumlah besar massa terlontar. Dan inti galaksi yang bisa menghasilkan ledakan ini memiliki objek misterius dengan massa yang sangat besar.

Karakteristik Inti Galaksi Aktif

Para astronom yang dipimpin Violeta Gámez Rosas dari Universitas Leiden melakukan pengamatan pusat galaksi M77 dengan VLTI ESO di Chile. VLTI a.k.a Very Large Telescope Interferometer merupakan gabungan empat teleskop VLT 8,2 meter yang dikoordinasikan menjadi satu teleskop raksasa. Tujuannya untuk memperoleh hasil yang lebih detail dari objek yang diamati.

Kali ini, objek itu adalah messier 77 atau NGC 1068.

Hasil pengamatan dengan VLTI memperlihatkan keberadaan cincin gas dan debu yang tebal di pusat Messier 77 yang menyembunyikan sebuah lubang hitam supermasif!

Kehadiran lubang hitam supermasif ini menjadi bukti penting untuk mendukung teori yang sudah ada sejak 30 tahun lalu. Model Terpadu inti galaksi aktif atau Unified Model of AGN.

Dari hasil pengamatan, ada berbagai tipe AGN dengan karakteristik yang juga beragam. Ada yang melepaskan semburan radio, ada AGN yang bersinar sangat terang dalam cahaya tampak, dan ada yang lebih tenang seperti Messier 77.

Dari spektrum, Kuasar memiliki emisi radio yang kuat dengan garis emisi lebar pada spektrum optik. Sementara itu, galaksi Seyfert umumnya mirip seperti Kuasar, hanya saja emisi radionya lemah. Bahkan untuk galaksi tipe Seyfert 1 dan 2 pun ada perbedaan pada garis emisi. Garis emisi galaksi Seyfert tipe 1 lebih lebar dibanding galaksi seyfert tipe 2. Ada lagi objek yang spektrum radionya mirip kuasar tapi spektrum optiknya tidak menunjukkan adanya garis emisi.

Pertanyaannya, mengapa ada perbedaan? Pertanyaan inilah yang kemudian membuat para astronom menghasilkan model terpadu.

Model Terpadu

Berdasarkan model terpadu, semua objek yang karakteristiknya beda itu merupakan inti galaksi aktif (AGN). Spektrum cahaya tampak yang berbeda tersebut merupakan hasil dari perbedaan sudut pandang pengamat. Yang pasti, struktur dasar AGN melibatkan kehadiran lubang hitam supermasif di pusat dan dikelilingi oleh piringan debu yang tebal.

Dari model terpadu, perbedaan yang tampak pada pengamatan inti galaksi aktif (AGN) merupakan hasil dari perbedaan sudut pandang atau orientasi pengamat saat melihat lubang hitam dan cincin debunya. Pada kasus tertentu, lubang hitam supermasif di pusat galaksi ini justru tersembunyi di balik debu. Meskipun sudah ada bukti pendukung, para astronom masih mempertanyakan apakah debu bisa benar-benar menyembunyikan lubang hitam dan membuat pengamat melihat AGN atau cahaya dari inti galaksi aktif jadi lebih redup dari yang seharusnya pada cahaya tampak.

Lubang Hitam di Pusat

Pusat galaksi aktif Messier 77 (M77) yang dipotret dengan instrumen MATISSE yang dipasang pada VLTI ESO. Inti galaksi aktif ini ditenagai oleh lubang hitam supermasif yang ada di pusat galaksi. Titik hitam pada foto merupakan perkiraan lokasi lubang hitam supermasif di M77. Kredit: ESO/Jaffe, Gámez-Rosas et al.

Perkembangan teknologi memungkinkan para astronom untuk melihat sebuah objek dengan lebih detail. Kali ini, pengamatan dilakukan dengan instrumen Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment (MATISSE) yang dipasang pada VLTI ESO di gurun Atacama, Chile. Hasilnya, para astronom bisa memindai pusat Messier 77 di rasi Cetus.

Kemampuan MATISSE untuk melihat dalam rentang cahaya inframerah membuat para astronom bisa melihat menembus debu dan mengukur temperatur dengan tepat. Tidak hanya itu. Para astronom juga bisa melihat perubahan temperatur dan serapan pada awan debu di sekitar lubang hitam.

Para astronom menggabungkan perubahan temperatur debu akibat radiasi yang sangat kuat dengan peta penyerapan untuk menghasilkan gambaran detail dari area pusat M77 dan pada akhirnya mereka bisa menentukan lokasi lubang hitam supermasif!

Debu yang berada pada cincin bagian dalam yang tebal serta lubang hitam di pusat menjadi bukti yang mendukung Model Terpadu Inti Galaksi Aktif. Hasil pengamatan ini sekaligus membantu para astronom untuk memahami sejarah Bima Sakti yang dihuni lubang hitam supermasif dan bisa jadi aktif juga di masa lalu. Saat ini, lubang hitam supermasif di pusat Bima Sakti tidak aktif. Akan tetapi, 3,5 miliar tahun lalu lubang hitam Sagittarius A* ini menyemburkan sinar radiasi dalam jumlah besar. Peristiwa tersebut mengindikasikan lubang hitam Sagittarius A* aktif di masa lalu.

Selanjutnya, tim astronom ini akan melakukan pengamatan lanjut dengan harapan bisa memperoleh lebih banyak bukti pendukung dari model terpadu inti galaksi aktif.

Acknowledgment: Penulis mengucapkan terima kasih pada Irham Taufik Andika mahasiswa Doktoral dari Max Planck Institute for Astronomy atas penjelasannya tentang Unified Model.