Gambaran seniman ini menunjukkan angin ultra-cepat yang bertiup dari pusat galaksi Markarian 817. Angin ini, yang bergerak dengan kecepatan jutaan kilometer per jam, membersihkan gas antarbintang dari wilayah ruang angkasa yang luas. Tanpa gas ini, galaksi tidak dapat membentuk bintang-bintang baru dan lubang hitam di pusat galaksi hanya mempunyai sedikit sisa makanan. Kredit: ESA
Pengamatan mengungkapkan bahwa lubang hitam dapat mengubah galaksi dengan mengeluarkan gas, menghambat pembentukan bintang, dan memiliki implikasi signifikan untuk memahami evolusi galaksi.
Lubang hitam seperti balita yang temperamental. Mereka menumpahkan makanan sepanjang waktu, namun XMM-Newton dari ESA berhasil menangkapnya lubang hitam dalam tindakan ‘membalikkan meja’ saat makan yang beradab.
Tindakan ini mencegah galaksi di sekitar lubang hitam membentuk bintang baru, sehingga memberi kita wawasan tentang bagaimana lubang hitam dan galaksi berevolusi bersama.
Di jantung setiap galaksi besar terdapat lubang hitam supermasif, yang gravitasinya sangat besar menarik gas dari sekitarnya. Saat gas berputar ke dalam, ia berkumpul dalam ‘cakram akresi’ datar di sekitar lubang hitam, tempat ia memanas dan menyala. Seiring waktu, gas yang paling dekat dengan lubang hitam melewati titik tidak bisa kembali dan tertelan.
Namun, lubang hitam hanya mengonsumsi sebagian kecil gas yang berputar ke arahnya. Saat mengelilingi lubang hitam, sejumlah materi terlempar kembali ke luar angkasa, seperti balita yang berantakan menumpahkan banyak makanan yang ada di piringnya.
Dalam episode yang lebih dramatis, lubang hitam akan membalikkan keadaan: gas dalam piringan akresi terlempar ke segala arah dengan kecepatan tinggi sehingga membersihkan gas antarbintang di sekitarnya. Hal ini tidak hanya menghilangkan makanan dari lubang hitam, tetapi juga berarti tidak ada bintang baru yang dapat terbentuk di wilayah yang luas, sehingga mengubah struktur galaksi.
Cincin bintang biru cemerlang mengelilingi inti galaksi spiral yang terang dan aktif. Disebut Markarian 817, terletak 430 juta tahun cahaya di konstelasi utara Draco. Jauh dari pusatnya, galaksi menunjukkan daerah pembentuk bintang yang intens dan pita gelap debu antarbintang di sepanjang lengan spiralnya. Lubang hitam monster di pusat galaksi ini empat puluh juta kali lebih besar dari Matahari. Ia dikelilingi oleh piringan materi besar yang mengelilingi lubang hitam supermasif, yang melontarkan materi ke luar angkasa dengan kecepatan jutaan kilometer per jam. Hal ini terlihat pada cahaya putih terang yang bersinar dari pusat galaksi.
Gambar Teleskop Luar Angkasa Hubble NASA/ESA ini diambil dengan Wide Field Camera 3 pada tanggal 2 Agustus 2009. Kredit: NASA, ESA dan Tim Hubble SM4 ERO
Pengamatan yang Belum Pernah Ada Sebelumnya
Hingga saat ini, ‘angin lubang hitam’ yang sangat cepat ini hanya terdeteksi berasal dari cakram akresi yang sangat terang, yang berada pada batas jumlah materi yang dapat mereka tarik. Kali ini, XMM-Newton mendeteksi angin ultra-cepat di a jelas rata-rata galaksi yang bisa dibilang ‘hanya ngemil’.
“Anda mungkin memperkirakan angin sangat kencang jika kipas dinyalakan pada pengaturan tertinggi. Di galaksi yang kami pelajari, yang disebut Markarian 817, kipas angin dinyalakan dengan pengaturan daya yang lebih rendah, namun masih ada angin yang sangat energik yang dihasilkan,” kata peneliti sarjana Miranda Zak (Universitas Michigan), yang memainkan peran penting dalam hal ini. riset.
“Sangat jarang mengamati angin ultra-cepat, dan bahkan lebih jarang lagi mendeteksi angin yang memiliki cukup energi untuk mengubah karakter galaksi induknya. Fakta bahwa Markarian 817 menghasilkan angin ini selama sekitar satu tahun, meski tidak berada dalam kondisi aktif, menunjukkan bahwa lubang hitam mungkin membentuk ulang galaksi induknya lebih dari yang diperkirakan sebelumnya,” tambah rekan penulis Elias Kammoun, astronom di Roma. Universitas Tre, Italia.
Rendering artistik dari Teleskop Luar Angkasa XMM-Newton (Misi Multi-Mirror X-ray). Kredit: D.Ducros; ESA/XMM-Newton, CC BY-SA 3.0 IGO
Sinar-X Terhalang oleh Angin
Pusat galaksi aktif memancarkan cahaya berenergi tinggi, termasuk sinar-X. Markarian 817 menarik perhatian para peneliti karena suasananya sangat sunyi. Mengamati galaksi menggunakan NASAdi observatorium Swift, Miranda menceritakan: “Sinyal sinar-X sangat lemah sehingga saya yakin saya melakukan sesuatu yang salah!”
Pengamatan lanjutan menggunakan teleskop sinar-X ESA yang lebih sensitif, XMM-Newton, mengungkapkan apa yang sebenarnya terjadi: angin ultra-cepat yang datang dari piringan akresi bertindak seperti selubung, menghalangi sinar-X yang dikirim dari lingkungan sekitar piringan akresi. lubang hitam (disebut corona). Pengukuran ini didukung oleh pengamatan yang dilakukan dengan teleskop NuSTAR milik NASA.
Analisis terperinci terhadap pengukuran sinar-X menunjukkan bahwa, alih-alih mengeluarkan satu ‘kepulan’ gas, pusat Markarian 817 justru menghasilkan badai kencang di area yang luas di piringan akresi. Angin berlangsung selama beberapa ratus hari dan terdiri dari setidaknya tiga komponen berbeda, masing-masing bergerak dengan kecepatan beberapa persen kecepatan cahaya.
Gambaran seniman ini menunjukkan angin ultra-cepat yang bertiup dari pusat galaksi Markarian 817. Angin ini, yang bergerak dengan kecepatan jutaan kilometer per jam, membersihkan gas antarbintang dari wilayah ruang angkasa yang luas. Tanpa gas ini, galaksi tidak dapat membentuk bintang-bintang baru dan lubang hitam di pusat galaksi hanya mempunyai sedikit sisa makanan.
Sisipan menunjukkan apa yang terjadi di jantung galaksi. Lubang hitam supermasif menarik gas dari sekelilingnya, sehingga membentuk ‘cakram akresi’ yang panas dan terang benderang (oranye). Penyebab angin (putih) adalah medan magnet di dalam piringan, yang melemparkan partikel ke segala arah dengan kecepatan sangat tinggi. Angin ini secara efektif menghalangi sinar-X (biru) yang dipancarkan oleh plasma sangat panas yang mengelilingi lubang hitam, yang disebut corona.
Kredit: ESA
Hal ini memecahkan teka-teki terbuka dalam pemahaman kita tentang bagaimana lubang hitam dan galaksi di sekitarnya berinteraksi. Ada banyak galaksi – termasuk Bima Sakti – yang tampaknya memiliki wilayah luas di sekitar pusatnya dan hanya terdapat sedikit bintang baru yang terbentuk. Hal ini dapat dijelaskan oleh angin lubang hitam yang membersihkan gas pembentuk bintang, namun hal ini hanya berhasil jika angin cukup kencang, bertahan cukup lama, dan dihasilkan oleh lubang hitam dengan tingkat aktivitas yang khas.
“Banyak masalah luar biasa dalam studi lubang hitam adalah masalah pencapaian deteksi melalui pengamatan panjang yang memakan waktu berjam-jam untuk menangkap peristiwa penting. Hal ini menyoroti pentingnya misi XMM-Newton untuk masa depan. Tidak ada misi lain yang dapat menghasilkan kombinasi antara sensitivitas tinggi dan kemampuannya melakukan observasi jangka panjang tanpa gangguan,” kata Norbert Schartel, ilmuwan proyek XMM-Newton ESA.
Referensi: “Umpan Balik yang Sengit dalam Keadaan Seyfert 1.2 Markarian 817 yang Terkabur dan Sub-Eddington” oleh Miranda K. Zak, Jon M. Miller, Ehud Behar, WN Brandt, Laura Brenneman, Paul A. Draghis, Elias Kammoun, Michael J Koss, Mark T. Reynolds dan Abderahmen Zoghbi, 32 Januari 2024, Itu Surat Jurnal Astrofisika.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad1407
Studi ini terutama menggunakan data yang dikumpulkan oleh European Photon Imaging Camera (EPIC) XMM-Newton. Data ini didukung oleh instrumen XMM-Newton lainnya, serta pengukuran yang dilakukan oleh Swift dan NASA NuSTAR misi.
