Apa yang mendorong galaksi? Lubang hitam Bima Sakti bisa menjadi kuncinya

12 Mei, Pada sembilan konferensi pers serentak di seluruh dunia, astrofisikawan mengungkap gambar pertama lubang hitam di jantung Bima Sakti. Pada awalnya, meskipun mengesankan, gambar cincin cahaya yang dihasilkan dengan susah payah di sekitar lubang kegelapan pusat galaksi kita tampaknya membuktikan apa yang sudah diperkirakan para ahli: lubang hitam supermasif Bima Sakti ada, ternyata dan mematuhi visi Albert Einstein. teori relativitas umum.

Namun, pada pemeriksaan lebih dekat, hal-hal tidak cukup menumpuk.

Dari kecerahan bagel cahaya, para peneliti memperkirakan seberapa cepat materi jatuh pada Sagitarius A*, nama yang diberikan untuk lubang hitam pusat Bima Sakti. Jawabannya adalah: tidak cepat sama sekali. “Ini tersumbat hingga menetes,” kata Priya Natarajan, seorang ahli kosmologi di Universitas Yale, menyamakan galaksi dengan pancuran yang rusak. Entah bagaimana, hanya seperseribu materi yang mengalir ke Bima Sakti dari medium intergalaksi di sekitarnya yang berhasil mencapai lubang tersebut. “Ini mengungkapkan masalah besar,” kata Natarajan. “Ke mana perginya gas ini? Apa yang terjadi pada aliran? Sangat jelas bahwa pemahaman kita tentang pertumbuhan lubang hitam patut dicurigai.

Selama seperempat abad terakhir, astrofisikawan telah menyadari betapa dekat dan dinamisnya hubungan antara banyak galaksi dan lubang hitam di pusatnya. “Ada perubahan yang sangat besar di bidang ini,” kata Ramesh Narayan, ahli astrofisika teoretis di Universitas Harvard. “Kejutannya adalah bahwa lubang hitam penting sebagai pembentuk dan pengontrol evolusi galaksi.”

Lubang raksasa ini – konsentrasi materi yang begitu padat sehingga gravitasi bahkan mencegah cahaya keluar – seperti mesin galaksi, tetapi para peneliti baru mulai memahami cara kerjanya. Gravitasi menarik debu dan gas menuju pusat galaksi, di mana ia membentuk piringan akresi yang berputar-putar di sekitar lubang hitam supermasif, memanas dan berubah menjadi plasma putih-panas. Kemudian, ketika lubang hitam menelan materi ini (baik dalam dribs dan drabs atau dalam ledakan tiba-tiba), energi dimuntahkan kembali ke galaksi dalam proses umpan balik. “Ketika Anda memperluas lubang hitam, Anda menghasilkan energi dan membuangnya ke lingkungan lebih efisien daripada proses lain yang kita ketahui di alam,” kata Eliot Quataert, astrofisikawan teoretis di Universitas Princeton. Umpan balik ini mempengaruhi tingkat pembentukan bintang dan pola aliran gas di seluruh galaksi.

Tetapi para peneliti hanya memiliki gagasan samar tentang episode “aktif” lubang hitam supermasif, yang mengubahnya menjadi inti galaksi aktif (AGNs). “Bagaimana mekanisme pemicunya? Apa itu tombol pemutus? Ini adalah pertanyaan mendasar yang selalu kami coba jawab,” kata Kirsten Hall dari Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Umpan balik bintang, yang terjadi ketika sebuah bintang meledak menjadi supernova, diketahui memiliki efek yang mirip dengan umpan balik AGN skala kecil. Mesin bintang ini cukup besar untuk mengatur galaksi “kerdil” kecil, sedangkan hanya mesin raksasa lubang hitam supermasif yang dapat mendominasi evolusi galaksi “elips” yang lebih besar.

Dalam hal ukuran, Bima Sakti, galaksi spiral yang khas, berada di tengah. Dengan sedikit tanda-tanda aktivitas yang jelas di pusatnya, galaksi kita telah lama dianggap didominasi oleh umpan balik bintang. Tetapi beberapa pengamatan baru-baru ini menunjukkan bahwa umpan balik AGN juga membentuknya. Dengan mempelajari detail tentang bagaimana mekanisme umpan balik ini berinteraksi di galaksi rumah kita — dan memecahkan teka-teki seperti kegelapan Sagitarius A* saat ini — para astrofisikawan berharap dapat memahami bagaimana galaksi dan lubang hitam berevolusi bersama secara umum. Bima Sakti “menjadi laboratorium paling kuat untuk astrofisika,” kata Natarajan. Dengan melayani sebagai mikrokosmos, itu “mungkin memegang kuncinya.”

Mesin Galaksi

Pada akhir 1990-an, para astronom umumnya menerima keberadaan lubang hitam di pusat galaksi. Pada saat itu, mereka dapat melihat benda-benda tak kasat mata ini cukup dekat untuk menyimpulkan massa mereka dari pergerakan bintang-bintang di sekitar mereka. Sebuah korelasi aneh telah muncul: semakin masif sebuah galaksi, semakin berat lubang hitam pusatnya. “Itu sangat ketat, dan itu benar-benar revolusioner. Entah bagaimana lubang hitam berbicara dengan galaksi,” kata Tiziana Di Matteo, astrofisikawan di Carnegie Mellon University.

Korelasi ini mengejutkan mengingat lubang hitam, betapapun besarnya, hanya sebagian kecil dari ukuran galaksi. (Sagitarius A* beratnya sekitar 4 juta matahari, misalnya, sedangkan Bima Sakti sekitar 1,5 triliun massa matahari.) Karena itu, gravitasi lubang hitam hanya menarik dengan kuat di wilayah paling dalam galaksi.