Semburan dari Lubang Hitam Ciptakan Gelembung Besar di Pusat Bimasakti

Pada tahun 2020, teleskop sinar-X eRosita mengambil gambar dua gelembung besar yang memanjang jauh di atas dan di bawah pusat galaksi kita. Sejak itu, para astronom memperdebatkan asal usul mereka.

Kini, sebuah penelitian termasuk penelitian Universitas Michigan menunjukkan bahwa gelembung-gelembung itu adalah hasil dari pancaran aktivitas yang kuat dari lubang hitam supermasif di pusat Bimasakti. Studi yang dipublikasikan di jurnal Nature Astronomy pada 7 Maret 2022 berjudul "Fermi and eROSITA bubbles as relics of the past activity of the Galaxy’s central black hole", juga menunjukkan jet mulai memuntahkan materi sekitar 2,6 juta tahun yang lalu, dan berlangsung sekitar 100.000 tahun.

Hasil tim menunjukkan bahwa gelembung Fermi, ditemukan pada 2010, dan kabut gelombang mikro, yaitu kabut partikel bermuatan yang kira-kira berada di pusat galaksi, dibentuk oleh pancaran energi yang sama dari lubang hitam supermasif. Studi ini dipimpin oleh National Tsing Hua University bekerja sama dengan UM dan University of Wisconsin.

“Temuan kami penting dalam arti bahwa kami perlu memahami bagaimana lubang hitam berinteraksi dengan galaksi yang ada di dalamnya, karena interaksi ini memungkinkan lubang hitam ini tumbuh dengan cara yang terkendali dan bukannya tumbuh tak terkendali,” kata astronom UM Mateusz Ruszkowski, salah satu penulis penelitian ini. “Jika Anda percaya model gelembung Fermi atau eRosita ini didorong oleh lubang hitam supermasif, Anda bisa mulai menjawab pertanyaan mendalam ini.”

“Ada dua model bersaing yang menjelaskan gelembung-gelembung ini, yang disebut gelembung Fermi dan eRosita sesuai dengan nama teleskop yang menamakannya,” tutur Ruszkowski. “Yang pertama menunjukkan bahwa aliran keluar didorong oleh ledakan bintang nuklir, di mana sebuah bintang meledak dalam supernova dan mengeluarkan material. Model kedua, yang didukung oleh temuan tim, menunjukkan bahwa arus keluar ini didorong oleh energi yang dikeluarkan dari lubang hitam supermasif di pusat galaksi kita.”

Aliran keluar dari lubang hitam ini terjadi ketika material bergerak menuju lubang hitam, tetapi tidak pernah melintasi cakrawala peristiwa lubang hitam, atau permukaan matematis di bawahnya di mana tidak ada yang bisa lolos. Karena sebagian dari materi ini terlempar kembali ke luar angkasa, lubang hitam tidak tumbuh tak terkendali. Namun energi yang dilempar dari lubang hitam memang menggantikan material di dekat lubang hitam, menciptakan gelembung-gelembung besar ini.

Strukturnya sendiri setinggi 11 kiloparsec. Satu parsec setara dengan 3,26 tahun cahaya, atau sekitar tiga kali jarak yang ditempuh cahaya selama setahun. Strukturnya, kemudian, tingginya hampir 36.000 tahun cahaya.

Sebagai perbandingan, galaksi Bimasakti berdiameter 30 kiloparsec, dan tata surya kita berada sekitar 8 kiloparsec dari pusat galaksi. Gelembung eRosita berukuran sekitar dua kali ukuran gelembung Fermi dan diperluas oleh gelombang energi, atau gelombang kejut, yang didorong keluar oleh gelembung Fermi, menurut para peneliti.

“Kami tidak hanya dapat mengesampingkan model ledakan bintang, tetapi kami juga dapat menyempurnakan parameter yang diperlukan untuk menghasilkan gambar yang sama, atau sesuatu yang sangat mirip dengan apa yang ada di langit, dalam model lubang hitam supermasif itu. Kita dapat membatasi hal-hal tertentu dengan lebih baik, seperti berapa banyak energi yang dipompa, apa yang ada di dalam gelembung-gelembung ini, dan berapa lama energi yang disuntikkan untuk menghasilkan gelembung-gelembung ini,” papar Ruszkowski.

Lalu, apa yang ada di dalam diri mereka? Sinar kosmis, suatu bentuk radiasi energi tinggi. Gelembung eRosita membungkus gelembung Fermi, yang isinya tidak diketahui. Akan tetapi model para peneliti dapat memprediksi jumlah sinar kosmis di dalam masing-masing struktur. Injeksi energi dari lubang hitam menggelembungkan gelembung, dan energi itu sendiri berupa energi kinetik, termal, dan sinar kosmis. Dari bentuk energi ini, misi Fermi hanya dapat mendeteksi sinyal sinar gamma dari sinar kosmis.

“Simulasi kami unik karena memperhitungkan interaksi antara sinar kosmis dan gas di dalam Bimasakti. Sinar kosmis, disuntikkan dengan pancaran lubang hitam, mengembang dan membentuk gelembung Fermi yang bersinar dalam sinar gamma,” kata Karen Yang, penulis utama studi ini dan asisten profesor di Universitas Nasional Tsing Hua di Taiwan.

“Di sisi lain, model lubang hitam aktif kami secara akurat memprediksi ukuran relatif gelembung sinar-x eRosita dan gelembung sinar gamma Fermi, asalkan waktu injeksi energi sekitar satu persen dari itu, atau sepersepuluh juta tahun,” kata rekan penulis Ellen Zweibel, profesor astronomi dan fisika di University of Wisconsin.

“Model ini mengesampingkan teori ledakan bintang nuklir karena durasi tipikal ledakan bintang nuklir, dan oleh karena itu lamanya waktu di mana ledakan bintang akan disuntikkan. energi yang membentuk gelembung, adalah sekitar 10 juta tahun. Menyuntikkan energi lebih dari 10 juta tahun akan menghasilkan gelembung dengan penampilan yang sama sekali berbeda. Ini adalah kesempatan untuk membandingkan gelembung sinar-x dan sinar gamma yang memberikan bagian penting yang sebelumnya hilang,” pungkas Zweibel.