Misi IXPE NASA: Mengungkap Rahasia Corona Lubang Hitam

DATA terbaru misi NASA IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) memberikan wawasan baru tentang bentuk dan sifat struktur yang penting bagi lubang hitam, yang disebut corona.

Corona adalah wilayah plasma yang berubah-ubah dan merupakan bagian dari aliran materi menuju lubang hitam, yang pemahamannya masih bersifat teoretis. Hasil baru ini mengungkapkan bentuk corona untuk pertama kalinya dan dapat membantu pemahaman ilmuwan tentang perannya dalam memberi makan dan mempertahankan lubang hitam.

Banyak lubang hitam, yang tidak bisa dilepaskan cahaya karena gravitasi raksasanya, dikelilingi oleh cakram akresi, pusaran gas yang penuh dengan puing-puing. Beberapa lubang hitam juga memiliki jet relativistik—ledakan materi ultra-kuat yang dilemparkan ke luar angkasa dengan kecepatan tinggi oleh lubang hitam yang aktif memakan materi di sekitarnya.

Baca juga : Teleskop Hubble NASA Temukan Jumlah Lubang Hitam Mengejutkan di Alam Semesta Awal

Kurang dikenal, mungkin, adalah bahwa lubang hitam yang “makan” juga memiliki corona yang sangat panas, mirip dengan Matahari dan bintang-bintang lainnya. Sementara corona Matahari, yang merupakan atmosfer terluar bintang, terbakar pada suhu sekitar 1,8 juta derajat Fahrenheit, suhu corona lubang hitam diperkirakan mencapai miliaran derajat.

Astrofisikawan sebelumnya telah mengidentifikasi corona di antara lubang hitam dengan massa bintang—yang terbentuk akibat runtuhnya bintang—dan lubang hitam supermasif seperti yang ada di jantung galaksi Bima Sakti.

“Para ilmuwan telah lama berspekulasi tentang komposisi dan geometri corona,” kata Lynnie Saade, peneliti pascadoktoral di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall NASA di Huntsville, Alabama, dan penulis utama temuan baru ini. “Apakah itu sebuah bola di atas dan di bawah lubang hitam, atau atmosfer yang dihasilkan oleh cakram akresi, atau mungkin plasma yang terletak di dasar jet?”

Baca juga : Penemuan Sepasang Lubang Hitam Supermasif Terdekat di Alam Semesta oleh NASA dan Hubble

Masuklah IXPE, yang mengkhususkan diri dalam polarisasi sinar-X, karakteristik cahaya yang membantu memetakan bentuk dan struktur bahkan dari sumber energi yang paling kuat, menerangi cara kerja internalnya meskipun objek tersebut terlalu kecil, terang, atau jauh untuk dilihat secara langsung. 

Sama seperti kita dapat mengamati corona Matahari dengan aman selama gerhana matahari total, IXPE menyediakan cara untuk mempelajari geometri akresi lubang hitam dengan jelas, yaitu bentuk dan struktur cakram akresi dan struktur terkait, termasuk corona.

“Polarisasi sinar-X memberikan cara baru untuk memeriksa geometri akresi lubang hitam,” kata Saade. “Jika geometri akresi lubang hitam serupa terlepas dari massanya, kami mengharapkan hal yang sama berlaku untuk sifat polarisasinya.”

Baca juga : Astronom Temukan Lubang Hitam Purba Tertua, Berusia Miliaran Tahun

IXPE menunjukkan di antara semua lubang hitam yang sifat corona-nya dapat diukur secara langsung melalui polarisasi, corona ditemukan memanjang ke arah yang sama dengan cakram akresi—memberikan, untuk pertama kalinya, petunjuk tentang bentuk corona dan bukti yang jelas tentang hubungannya dengan cakram akresi. Hasil ini menyingkirkan kemungkinan corona berbentuk seperti tiang lampu yang melayang di atas cakram.

Tim peneliti mempelajari data dari pengamatan IXPE terhadap 12 lubang hitam, termasuk Cygnus X-1 dan Cygnus X-3, sistem lubang hitam bintang ganda yang berjarak sekitar 7.000 dan 37.000 tahun cahaya dari Bumi, dan LMC X-1 dan LMC X-3, lubang hitam bintang di Awan Magellan Besar lebih dari 165.000 tahun cahaya jauhnya. 

IXPE juga mengamati sejumlah lubang hitam supermasif, termasuk yang ada di pusat galaksi Circinus, 13 juta tahun cahaya dari Bumi, dan yang ada di galaksi NGC 1068 dan NGC 4151, masing-masing sejauh 47 juta tahun cahaya dan hampir 62 juta tahun cahaya.

Baca juga : Ditemukan, Lubang Hitam Tertua Berskala 10 Juta Kali Lebih Besar Daripada Matahari

Lubang hitam dengan massa bintang biasanya memiliki massa sekitar 10 hingga 30 kali massa Matahari, sementara lubang hitam supermasif dapat memiliki massa yang mencapai jutaan hingga puluhan miliar kali lebih besar. Meskipun terdapat perbedaan besar dalam skala, data IXPE menunjukkan kedua jenis lubang hitam menciptakan cakram akresi dengan geometri yang serupa.

Itu mengejutkan, kata astrofisikawan Marshall Philip Kaaret, peneliti utama misi IXPE, karena cara kedua jenis tersebut diberi makan sangat berbeda.

“Lubang hitam dengan massa bintang merobek massa dari bintang pendampingnya, sementara lubang hitam supermasif melahap semua yang ada di sekitarnya,” katanya. “Namun, mekanisme akresi berfungsi dengan cara yang sangat mirip.”

Itu adalah prospek yang menarik, kata Saade, karena menunjukkan bahwa studi tentang lubang hitam dengan massa bintang—yang biasanya jauh lebih dekat ke Bumi dibandingkan dengan kerabatnya yang jauh lebih masif—dapat membantu memberikan wawasan baru tentang sifat lubang hitam supermasif juga.

Tim selanjutnya berharap untuk melakukan pemeriksaan tambahan terhadap kedua jenis tersebut.

Saade mengantisipasi bahwa masih banyak yang bisa dipelajari dari studi sinar-X tentang raksasa-raksasa ini. “IXPE telah memberikan kesempatan pertama dalam waktu yang lama bagi astronomi sinar-X untuk mengungkap proses akresi yang mendasari dan membuka temuan baru tentang lubang hitam,” katanya. (NASA/Z-3)