Lubang hitam pertama yang pernah terekam dalam citra langsung kini mengungkap rahasianya yang bergejolak. Para astronom telah menyaksikan medan magnet M87* (“bintang M-delapan puluh tujuh”), sebuah lubang hitam supermasif di pusat galaksi M87, berubah arah sepenuhnya antara tahun 2017 dan 2021. Pengamatan ini menandai pertama kalinya para ilmuwan mengamati perubahan dramatis seperti itu pada lingkungan ekstrem di sekitar lubang hitam. Penemuan ini memberikan petunjuk baru tentang bagaimana raksasa kosmik ini menghasilkan dan menggerakkan jet raksasa mereka.
Observasi dari kolaborasi Event Horizon Telescope, yang diterbitkan hari ini di jurnal Astronomy & Astrophysics , memberikan wawasan baru tentang bagaimana materi dan energi berperilaku di lingkungan ekstrem di sekitar lubang hitam. Para astronom dari University of Arizona memainkan peran kunci dalam memperoleh hasil ini, menggunakan data dari teleskop Arizona Radio Observatory: Teleskop Submilimeter di Gunung Graham dan Teleskop 12 meter di Kitt Peak, keduanya di Arizona Selatan.
Terletak sekitar 55 juta tahun cahaya dari Bumi, galaksi M87 menyimpan lubang hitam supermasif yang massanya lebih dari 6 miliar kali massa Matahari. Lubang hitam adalah konsentrasi materi yang begitu padat sehingga gravitasinya menjadi begitu kuat sehingga cahaya pun tak dapat lepas. Satu-satunya cara untuk “melihat” lubang hitam adalah dengan mengamati cakram akresinya, sebuah cincin plasma super panas yang memancarkan radiasi elektromagnetik dalam panjang gelombang yang dapat dideteksi oleh teleskop radio.
EHT, jaringan teleskop radio global yang bertindak sebagai observatorium seukuran Bumi, pertama kali menangkap citra ikonik bayangan lubang hitam M87 pada tahun 2019. Kini, dengan membandingkan pengamatan pola cahaya terpolarisasi di sekitar lubang hitam dari tahun 2017, 2018, dan 2021, para ilmuwan telah mengambil langkah selanjutnya untuk mengungkap bagaimana medan magnet di dekat lubang hitam berubah seiring waktu.
“Tanpa pengamatan terus-menerus kami terhadap M87* dari tahun ke tahun, kami tidak akan mampu menemukan perilaku luar biasa ini,” kata Boris Georgiev, seorang peneliti pascadoktoral di Observatorium Steward Universitas Arizona yang berkontribusi pada pemrosesan dan interpretasi data.
Cahaya terpolarisasi berbeda dari cahaya biasa, karena gelombangnya berosilasi dalam satu bidang, alih-alih beberapa arah. Ketika para ilmuwan mengamati cahaya terpolarisasi dari sekitar lubang hitam, hal itu mengungkap struktur dan kekuatan medan magnet di wilayah tersebut – informasi penting untuk memahami bagaimana lubang hitam melahap materi dan meluncurkan jet kuat ke luar angkasa. Antara tahun 2017 dan 2021, pola polarisasi lubang hitam M87 berbalik arah. Pada tahun 2017, medan magnet tampak berputar ke satu arah. Medan-medan tersebut stabil pada tahun 2018, dan pada tahun 2021 berbalik arah, berputar ke arah yang berlawanan.
“Yang luar biasa adalah meskipun ukuran cincin tetap konsisten selama bertahun-tahun – mengonfirmasi bayangan lubang hitam yang diprediksi oleh teori Einstein – pola polarisasinya berubah secara signifikan,” kata Paul Tiede, astronom di Pusat Astrofisika | Harvard & Smithsonian, dan salah satu peneliti studi baru ini. “Ini menunjukkan bahwa plasma termagnetisasi yang berputar di dekat cakrawala peristiwa jauh dari statis; ia dinamis dan kompleks, mendorong model teoretis kami hingga batasnya.”
Efek kumulatif dari bagaimana polarisasi ini berubah seiring waktu menunjukkan lingkungan yang terus berkembang dan bergejolak, di mana medan magnet memainkan peran penting dalam mengatur bagaimana lubang hitam memakan materi dan memuntahkan energi ke luar angkasa.
Yang krusial, observasi EHT 2021 diuntungkan oleh peningkatan sensitivitas yang disediakan oleh dua teleskop baru yang bergabung dalam jaringan global: Observatorium Radio Arizona milik Universitas Arizona di Kitt Peak, barat daya Tucson, dan Northern Extended Millimeter Array di Prancis. Peningkatan ini memungkinkan para ilmuwan untuk mendeteksi emisi dari dasar jet relativistik M87 – seberkas sempit partikel energetik yang melesat dari lubang hitam dengan kecepatan hampir mendekati kecepatan cahaya.
“Mendeteksi emisi jet sedekat ini dengan lubang hitam seperti akhirnya melihat mesin yang menggerakkan jet kosmik ini,” kata Jasmin Washington, mahasiswa doktoral di Steward Observatory dan salah satu rekan penulis makalah ini.
Amy Lowitz, ilmuwan EHT di Steward Observatory, menambahkan: “Ini menghubungkan apa yang kita lihat di cakrawala peristiwa – batas yang tak tertembus cahaya dan tak ada cahaya yang bisa lolos dari lubang hitam – dengan jet raksasa yang membentang ribuan tahun cahaya ke luar angkasa.”
“Penambahan Teleskop Radio Kitt Peak 12 meter sangat penting untuk menangkap struktur skala besar dalam gambar yang dihasilkan,” kata Dan Marrone, profesor astronomi di U of A dan Observatorium Steward. “Gambar-gambar multi-tahun ini memperdalam pemahaman kita tentang salah satu lingkungan paling ekstrem di alam semesta dan membantu mengonfirmasi prediksi Einstein, sekaligus mengungkap kompleksitas baru yang tak terduga tentang medan magnet dan pembentukan jet di dekat lubang hitam supermasif.”
Temuan ini membantu memecahkan salah satu misteri astrofisika yang paling abadi: bagaimana lubang hitam mengubah materi yang jatuh menjadi jet kuat yang memengaruhi seluruh galaksi.
“Saat gas yang jatuh mendekati lubang hitam dengan kecepatan hampir mendekati kecepatan cahaya, ia menyerap energi yang luar biasa banyaknya dan memanas hingga miliaran derajat,” kata Chi-Kwan Chan, astronom di Observatorium Steward. “Sebagian gas itu tidak tertelan, melainkan terlempar kembali ke luar angkasa, yang menciptakan jet yang memancar dari lubang hitam. Bagaimana ini terjadi dan apa penyebabnya masih menjadi misteri. Studi seperti ini membantu kita lebih memahami proses-proses ini, yang kemungkinan melibatkan medan magnet yang sangat kuat.”
Jet seperti M87 memainkan peran krusial dalam evolusi galaksi karena mereka mendistribusikan energi dalam skala luas di seluruh galaksi induknya, yang secara langsung memengaruhi proses kosmik seperti pembentukan bintang. Jet tersebut memancarkan radiasi di seluruh spektrum elektromagnetik – termasuk sinar gamma dan neutrino – menyediakan laboratorium unik untuk mempelajari bagaimana fenomena kosmik ini terbentuk dan diluncurkan.
Kolaborasi Teleskop Horizon Peristiwa (EHT) terus memperluas kemampuan observasinya untuk mengungkap lebih lanjut tentang lingkungan yang terus berevolusi dan bergejolak di sekitar lubang hitam supermasif. “Merintis batas baru dalam astrofisika lubang hitam domain waktu, EHT merencanakan serangkaian observasi cepat yang ambisius sepanjang Maret dan April 2026,” ujar Remo Tilanus, profesor riset di Steward dan manajer operasional kolaborasi EHT. “Kami sangat antusias untuk bersiap mengabadikan film pertama M87*, sesuatu yang telah ada dalam daftar keinginan kami sejak gambar pertama lubang hitam tersebut.”