Ilmuwan NASA Pecahkan Misteri Black Hole Melalui Bantuan IXPE

Diluncurkan pada 9 Desember 2021 silam, kini satelit Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) membantu astronom Badan Penerbangan dan Antariksa Amerika (NASA) memahami salah satu misteri Black Hole atau lubang hitam.

Black Hole atau lubang hitam sendiri merupakan suatu titik di ruang angkasa di mana tarikan gravitasi begitu kuat sehingga bahkan cahaya pun tidak dapat melarikan diri darinya. Sebagian besar galaksi dibangun di sekitar lubang hitam yang sangat besar, tak terkecuali di pusat galaksi kita, Bima Sakti. Sementara banyak Black Hole relatif jinak, beberapa di antaranya ganas. Ia mampu menenggak materi di sekitarnya dan melepaskan pancaran partikel berenergi tinggi yang besar dan sangat terang jauh ke luar angkasa. Dari sinilah kita mengenal Blazars.

Blazars adalah subset dari objek yang disebut quasar. Mereka terdiri dari lubang hitam supermasif yang memakan gas dan material lain yang berputar-putar di sekelilingnya menciptakan dua pancaran kuat dengan arah berlawanan ke luar angkasa. Blazars sangat terang karena salah satu semburan partikel berkecepatan tinggi yang kuat mengarah langsung ke Bumi. Hal inilah yang menjadi pertanyaan terbesar para astronom. Mereka telah lama berupaya memahami bagaimana jet atau partikel yang diluncurkan dari Blazars menjadi begitu bercahaya, termasuk mengenai perilaku partikel di dalamnya. Pasalnya, pancaran dari Blazars ini mencapai jarak sekitar satu juta tahun cahaya.

Menggunakan IXPE, para peneliti mempelajari objek eksotis yang disebut Blazars di pusat galaksi elips besar bernama Markarian 501 yang terletak sekitar 460 juta tahun cahaya dari Bumi ke arah konstelasi Hercules. IXPE mengamati Markarian 501 selama tiga hari di awal Maret 2022. Selama pengamatan ini, para astronom menggunakan teleskop lain di luar angkasa dan di darat untuk mengumpulkan informasi tentang Blazars dalam berbagai panjang gelombang cahaya termasuk radio, optik, dan X-ray.

Diluncurkan atas kolaborasi NASA dan Badan Antariksa Italia, IXPE mengukur kecerahan dan polarisasi, yakni properti cahaya yang melibatkan orientasi gelombang elektromagnetik terhadap cahaya X-ray dari sumber kosmik. Data baru ini mencakup pengukuran polarisasi cahaya X-ray, yang berarti IXPE mendeteksi arah rata-rata dan intensitas medan listrik gelombang cahaya yang menyusun Xray.

"Pengukuran polarisasi X-ray pertama dari kelas sumber ini memungkinkan, untuk pertama kalinya, perbandingan langsung dengan model yang dikembangkan dari pengamatan frekuensi cahaya lain, dari radio hingga sinar gamma berenergi sangat tinggi," kata Immacolata Donnarumma, peneliti ilmuwan proyek untuk IXPE di Badan Antariksa Italia.

Sementara penelitian lain telah melihat polarisasi cahaya berenergi rendah dari Blazars di masa lalu, ini adalah pertama kalinya para ilmuwan bisa mendapatkan perspektif ini pada X-ray Blazars, yang dipancarkan lebih dekat ke sumber percepatan partikel.

Hasilnya, para astronom menyadari partikel dalam jet menjadi berenergi saat terkena gelombang kejut yang menyebar ke luar di dalam aliran dan memancarkan X-ray saat mereka berakselerasi. Gelombang kejut dihasilkan ketika sesuatu bergerak lebih cepat dari kecepatan suara material di sekitarnya, seperti ketika jet supersonik terbang di atmosfer Bumi kita.

Walau studi tersebut tidak dirancang untuk menyelidiki asal-usul gelombang kejut, yang masih misterius. Tetapi para ilmuwan berhipotesis bahwa gangguan aliran jet menyebabkan sebagiannya menjadi supersonik. Ini bisa diakibatkan oleh tumbukan partikel berenergi tinggi di dalam jet, atau dari perubahan tekanan mendadak di batas jet.

Kedepannya, ilmuwan akan terus mengamati Blazars Markarian 501 untuk melihat apakah polarisasi berubah dari waktu ke waktu. IXPE juga akan menyelidiki koleksi Blazars yang lebih luas selama misi utamanya selama dua tahun, mengeksplorasi lebih banyak misteri lama tentang alam semesta.

"Ini adalah bagian dari kemajuan umat manusia untuk memahami alam dan semua keeksotisannya," kata Marscher.