Jet Radio Raksasa dari Alam Semesta Muda

Para astronom menemukan semburan jet radio terbesar ketika Alam Semesta masih muda, lewat pengamatan dengan teleskop Gemini Utara.

Ada lubang hitam supermasif di pusat sebagian besar galaksi. Dan bukti keberadaan lubang hitam supermasif pun sudah kita peroleh dari pengamatan selama beberapa dekade. 

Gravitasi lubang hitam supermasif yang luar biasa kuat tak pelak menarik materi yang ada di dekatnya. Materi berupa gas dan debu yang ditarik jatuh ke lubang hitam supermasif ini ada yang masuk ke dalam lubang hitam tapi sebagian lainnya justru membentuk piringan yang mengitari lubang hitam. Materi gas dan debu di piringan ini bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya dan tentu saja berinteraksi satu sama lainnya. Terjadi gesekan materi di dalam piringan yang melepaskan sejumlah besar energi dan membentuk inti galaksi yang bercahaya. Pusat galaksi yang terang ini kita kenal sebagai kuasar yang melepaskan jet (semburan) materi energetik. 

Jet yang ditembakkan atau disemburkan dari pusat galaksi terang bisa kita amati dengan teleskop radio. Dan di Alam Semesta lokal, jet radio ini tidak jarang ditemukan dengan sejumlah kecil ditemukan di galaksi dekar. Tapi, jet atau semburan materi energetik dengan radiasi yang luar biasa kuat ini masih sulit ditemukan pada jarak yang sangat jauh, dalam hal ini saat Alam Semesta masih muda. 

Semburan di Alam Semesta Muda

Para astronom mencari kuasar, pusat galaksi aktif, dengan jet radio kuat pada Alam Semesta Muda. Tujuannya untuk memahami bagaimana dan kapan jet pertama terbentuk dan apa dampaknya pada evolusi galaksi. 

Pencarian itu ternyata membuahkan hasil. Para astronom menemukan dua lobus jet radio yang merentang sampai setidaknya 200.000 tahun cahaya atau dua kali lebar Bimasakti. Dan jet radio ini merupakan yang paling besar yang berhasil ditemukan terjadi saat alam semesta masih muda. 

Jet tersebut ditemukan pada galaksi dengan pusat aktif yang terang saat sejarah alam semesta belum lama dimulai. 

Kuasar J1601+3102. Inilah pusat galaksi aktif yang jadi tuan rumah jet radio tersebut. Galaksi ini terbentuk ketika alam semesta baru berusia 1,2 miliar tahun atau 9% usianya saat ini. Meskipun kuasar bisa sangat masif sampai miliaran massa Matahari, kuasar J1601+3102 termasuk kecil hanya 450 juta massa Matahari. Jet radio yang yang disemburkan dari pusat galaksi ini ternyata tidak simetris dalam hal kecerlangan maupun jarak yang dicapai oleh bentangan materi yang disemburkan dari kuasar. Hal ini mengindikasikan pengaruh dari lingkungan yang ekstrem. 

Menariknya, kuasar yang menggerakkan atau jadi sumber tenaga bagi jet radio masif ini ternyata tidak memiliki lubang hitam supermasif dengan massa yang ekstrem dibanding kuasar lainnya. Ini mengindikasikan tidak perlu lubang hitam yang luar biasa masif atau laju akresi yang tinggi untuk  menghasilkan jet kuat di awal Alam Semesta.

Sebelumnya, para astronom menduga kalau kelangkaan jet radio saat Alam Semesta Muda terkait dengan derau dari radiasi latar belakang, kabut radiasi gelombang mikro peninggalan Dentuman Besar. Radiasi latar belakang yang terus-menerus ini biasanya mengurangi cahaya radio dari objek yang jauh tersebut.

Pengamatan

Jet dari kuasar J1601+3102 yang berada sangat jauh ini bisa teramati karena semburan yang dilepaskan sangat ekstrem. Selain itu keberhasilan pengamatan ini tak lepas dari hasil pengamatan berbagai teleskop pada panjang gelombang yang berbeda. 

Jet ini pertama kali ditemukan oleh teleskop Low Frequency Array (LOFAR), jejaring teleskop radio di Eropa. Setelah itu dilakukan pengamatan lanjut pada panjang gelombang inframerah-dekat dengan Gemini Near-Infrared Spectrograph (GNIRS) yang dipasang pada teleskop Gemini Utara. Dan pengamatan pada panjang gelombang optik dengan Teleskop Hobby Eberly. Tujuannya untuk memperoleh gambaran utuh jet radio dan kuasar yang menghasilkannya serta memperoleh pemahaman yang lebih baik terkait waktu dan mekanisme di balik pembentukan jet skala-besar pertama di Alam Semesta. 

Ketika mengamati kuasar J1601+3102, para astronom menduga semburan atau jet selatan yang tampak itu merupakan sumber dekat yang tidak terkait. Dan dugaan awal jet yang tampak itu kecil. Tapi, tentu saja kenyataan berkata lain. Citra yang dihasilkan LOFAR memperlihatkan sepasang jet yang dilepaskan kuasar dengan struktur radio yang detail. 

Selain itu, dengan mengetahui parameter kuasar seperti massa dan laju konsumsi materinya, maka para astronom bisa memahami sejarah pembentukannya. Untuk itu tim astronom mengamati panjang gelombang khusus yang dipancarkan kuasar. Yang diamati adalah garis emisi lebar MgII (magnesium). Normalnya, garis emisi ini tampak pada rentang panjang gelombang ultraviolet. Akan tetapi, akibat dari pengembangan Alam Semesta, cahaya yang dipancarkan kuasar mengalami peregangan ke panjang gelombang yang lebih panjang. Dan sinyal dari magnesium ini tiba di Bumi pada rentang panjang gelombang inframerah-dekat yang bisa dideteksi GNIRS.

Tentu saja masih banyak pertanyaan yang belum terjawab seperti lingkungan yang bisa menghasilkan jet luar biasa kuat seperti itu atau kapan jet radio pertama terbentuk di Alam Semesta. Meskipun demikian hasil kolaborasi Teleskop Gemini Utara, LOFAR, dan Teleskop Hobby Eberly telah membawa kita satu langkah lebih dekat.