Para ilmuwan telah melaporkan “lompatan besar ke depan” dalam pemahaman tentang cahaya dan radiasi elektromagnetik lainnya yang dipancarkan oleh lubang hitam menggunakan teleskop luar angkasa IXPE senilai $188 juta yang baru dipasang oleh NASA.
Berkas elektron menabrak partikel yang bergerak lebih lambat menyebabkan gelombang kejut yang menghasilkan radiasi elektromagnetik melintasi pita frekuensi dari sinar-X ke cahaya tampak, menurut a makalah penelitian diterbitkan di Nature minggu ini.
Para astronom pertama kali mengamati sumber radio kuasi-bintang atau quasar pada awal 1960-an. Objek astronomi kelas baru ini merupakan teka-teki. Mereka tampak seperti bintang, tetapi mereka juga terpancar sangat terang pada frekuensi radio, dan spektrum optiknya mengandung garis emisi aneh yang tidak terkait dengan bintang “normal”. Faktanya, benda-benda aneh ini adalah lubang hitam raksasa di pusat galaksi yang jauh.
Akselerasi partikel dalam jet yang dipancarkan oleh lubang hitam supermasif. Kredit ilustrasi: Liodakis et al/Nature
Kemajuan dalam astronomi radio dan satelit pengamat sinar-X telah membantu para ilmuwan memahami bahwa radiasi anomali disebabkan oleh aliran partikel bermuatan yang dipercepat mendekati kecepatan cahaya. Jika menunjuk ke Bumi, quasar yang dihasilkan bisa disebut blazar. Radiasi elektromagnetik dari mereka dapat diamati dari gelombang radio melalui spektrum yang terlihat hingga sinar gamma frekuensi sangat tinggi.
Tapi misterinya tetap tentang bagaimana partikel yang sangat cepat akhirnya memancarkan radiasi.
Untuk menjelaskan fenomena tersebut, Ioannis Liodakis, peneliti postdoctoral di University of Turku, Finlandia, menggunakan data dari teleskop luar angkasa Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) NASA, yang dirancang untuk mengamati dan mengukur sinar-X.
Liodakis dan rekan-rekannya menggunakan kemampuan kit baru untuk mengukur polarisasi sinar-X (X-ray polarimetry) untuk mencoba mendapatkan wawasan vital.
Dengan membandingkan data sinar-X terpolarisasi dengan data tentang cahaya tampak terpolarisasi optik, para ilmuwan mencapai kesimpulan bahwa radiasi elektromagnetik dihasilkan dari gelombang kejut dalam aliran partikel bermuatan yang dipancarkan dari lubang hitam (lihat gambar).
Dalam artikel yang menyertainya, Lea Marcotulli, Rekan Postdoctoral NASA Einstein di Universitas Yale, mengatakan: “Gelombang kejut semacam itu terjadi secara alami ketika partikel yang bergerak mendekati kecepatan cahaya menghadapi materi yang bergerak lebih lambat di sepanjang jalurnya. Partikel yang melewati gelombang kejut ini kehilangan radiasi dengan cepat dan efisien – dan, dengan melakukan itu, mereka menghasilkan sinar X terpolarisasi. Saat partikel menjauh dari guncangan, cahaya yang mereka pancarkan memancar dengan frekuensi yang semakin rendah, dan menjadi kurang terpolarisasi.”
Marcotulli mengatakan karya Liodakis adalah blazar pertama yang pernah diamati melalui lensa polarimeter sinar-X, dan hasilnya “mempesona”.
“Blazar jet adalah beberapa akselerator partikel yang paling kuat di alam semesta. Kondisinya tidak akan pernah dapat direproduksi di Bumi, sehingga mereka menyediakan ‘laboratorium’ yang sangat baik untuk mempelajari fisika partikel. Ribuan blazar kini telah terdeteksi, dan di setiap tempat yang dapat diakses panjang gelombang, tetapi mekanisme dimana partikel dipancarkan dan dipercepat tetap sulit dipahami Data polarimetri multi-panjang gelombang Liodakis dan rekannya memberikan bukti yang jelas tentang mekanisme percepatan partikel… membuat hasil penulis menjadi titik balik dalam pemahaman kita tentang blazars.
“Lompatan besar ke depan ini membawa kita selangkah lebih dekat untuk memahami akselerator partikel ekstrem ini, yang sifatnya telah menjadi fokus banyak penelitian sejak penemuannya.”
Pada Desember tahun lalu, roket SpaceX Falcon 9 meluncurkan misi IXPE NASA ke orbit dari Kennedy Space Center Florida. Ini dirancang untuk mengamati sisa-sisa supernova, lubang hitam supermasif, dan objek berenergi tinggi lainnya.
Proyek ini pertama kali mendapat lampu hijau pada tahun 2017 dan diperkirakan menelan biaya $188 juta – label harga yang sederhana dibandingkan dengan misi terbesar NASA pada program unggulan yang seringkali bernilai lebih dari $1 miliar. ®