Bayangkan amuba yang menyemburkan semburan energi yang membentang selebar Bumi. Itulah yang terjadi sekitar 7,5 miliar tahun cahaya jauhnya dalam skala yang jauh lebih besar, di mana lubang hitam supermasif di pusat galaksi menyemburkan semburan partikel dan energi berkecepatan tinggi melintasi ruang angkasa sejauh 23 juta tahun cahaya. Itu sekitar 140 kali lebar galaksi Bima Sakti kita. Itu adalah sepasang semburan lubang hitam terpanjang yang pernah ditemukan sejauh ini, dan itu dapat menjelaskan bagaimana lubang hitam supermasif telah membentuk tidak hanya galaksi induknya, tetapi juga struktur terbesar di alam semesta.
Ahli astrofisika Caltech Martijn Oei dan rekan-rekannya menerbitkan karya mereka di jurnal Alam.
Ilustrasi seniman ini menunjukkan seperti apa wujud salah satu semburan Porphyrion di dekat sumbernya; panah oranye di sebelah kiri menunjuk ke lubang hitam supermasif itu sendiri.
DESY/Lab Komunikasi Sains/Oei dkk.
Bertemu Monster Kosmik: Porphyrion
Oei dan rekan-rekannya menggunakan Low Frequency Array — jaringan antena radio yang tersebar di 8 negara Eropa — untuk memindai hamparan langit guna mencari gelombang radio yang panjang dan bergulung dari lubang hitam supermasif yang melahap isi perut galaksi induknya. Mereka menemukan lebih dari 8.000 pasang yang oleh para astronom disebut jet relativistik: berkas energi dan partikel bermuatan berkecepatan tinggi yang menyembur keluar dari kutub lubang hitam supermasif. Dan sepasang jet relativistik raksasa memiliki lebar sayap gabungan sekitar 23 juta tahun cahaya.
“Bima Sakti akan menjadi titik kecil di antara dua letusan raksasa itu.”
Dengan kata lain, satu lubang hitam terus-menerus memuntahkan energi dan plasma ke luar angkasa dalam jarak lebih dari 140 kali lebih jauh dari seluruh galaksi kita, dan membawa kekuatan triliunan bintang. Oei dan rekan-rekannya menjuluki pasangan itu Porphyrion.
“Bima Sakti akan menjadi titik kecil di antara dua letusan raksasa itu,” kata Oei dalam sebuah pernyataan.
Tim astrofisikawan menggunakan sekumpulan teleskop lain — Teleskop Radio Meterwave Raksasa di India, instrumen di Observatorium Kitts Peak di Arizona, dan Observatorium Keck di Hawaii — untuk menentukan sumber semburan besar tersebut. Mereka juga menggunakan massa dan energi semburan untuk menghitung seberapa banyak materi yang telah “dimakan” oleh lubang hitam tersebut. Ternyata lubang hitam supermasif yang memuntahkan semburan raksasa ini lebih dari satu miliar miliar (satu kuintiliun, jika Anda merasa mewah) kali massa Matahari kita, dan ia sibuk melahap gas dan bintang di inti galaksi yang massanya sepuluh kali massa galaksi kita sendiri, sekitar 7,5 miliar tahun cahaya jauhnya, dan setengah jalan melintasi alam semesta.
Lubang hitam supermasif adalah pemakan yang rakus namun jorok. Saat material berputar ke dalam lubang hitam, ia melepaskan energi, dan sebagian energi itu menggerakkan jet kembar yang melontarkan gas ke luar angkasa ke arah yang berlawanan dengan kecepatan hampir seperempat kecepatan cahaya. Sejumlah besar energi, dalam setiap panjang gelombang mulai dari gelombang radio hingga sinar gamma, ikut bersamanya.
Menurut perhitungan Oei dan rekan-rekannya, Porphyrion pasti telah melemparkan sebagian makanannya ke samping dalam semburan besarnya selama sekitar satu miliar tahun untuk menciptakan letusan energi dan partikel bermuatan raksasa yang mencakup seluruh kosmos yang disaksikan para astronom saat ini.
“Semua jet ini awalnya kecil, dan tumbuh seiring waktu,” kata astronom Universitas Hertfordshire Martin Hardcastle, salah satu penulis studi terbaru, dalam konferensi pers. “Semakin kuat jet, semakin cepat ia akan mengembang. Kekuatan yang besar itu bersama dengan jangka waktu yang lama menentukan panjang sistem jet.”
Dan sayap Porphyrion terbentang cukup lebar untuk membelah struktur besar yang membentuk perancah alam semesta itu sendiri.
Ilustrasi seniman ini menunjukkan seperti apa rupa Porphyrion dalam kaitannya dengan struktur skala besar alam semesta di sekitarnya; filamen cahaya terbuat dari galaksi-galaksi yang dirangkai bersama oleh gravitasi.
Oei dkk. 2024
Menjadikan Perancah Alam Semesta Menjadi Magnet?
Saat semburan lubang hitam supermasif melesat ke luar angkasa, semburan tersebut membawa partikel bermuatan, energi, dan medan magnet. Semua hal tersebut berdampak pada ruang yang dilaluinya. Fisikawan telah mengetahui bahwa semburan lubang hitam dapat membentuk evolusi galaksi induknya, dan bahkan berdampak pada lingkungan antargalaksi di dekatnya.
Kini Porphyrion menunjukkan bahwa jet terbesar dan terkuat mungkin memiliki jangkauan yang cukup untuk memengaruhi struktur alam semesta berskala besar itu sendiri: jaringan kosmik, yang merupakan jaringan filamen tempat galaksi dan gugus galaksi tersusun, dengan ruang hampa besar di antaranya. Jet Porphyrion mencapai sekitar sepertiga dari jarak melintasi ruang hampa kosmik terdekatnya. Dan itu membuat Oei dan rekan-rekannya berpikir bahwa lubang hitam supermasif dengan jet luar biasa seperti Porphyrion dapat memengaruhi struktur alam semesta berskala besar, terutama dengan menyebarkan medan magnet ke ruang hampa dan filamen di sekitarnya.
Hal itu terutama benar karena alam semesta mengembang. Enam miliar tahun cahaya lalu, ketika gelombang radio yang diamati Oei dan rekan-rekannya awalnya meninggalkan Porphyrion, alam semesta masih jauh lebih kecil, yang berarti jet relativistik raksasa akan mampu melesat melampaui ukurannya yang sangat besar. Sementara itu, sifat magnetik jaringan kosmik memengaruhi galaksi, bintang-bintang di dalam galaksi tersebut, dan planet-planet yang mengorbit bintang-bintang tersebut.
“Hal-hal kecil dan hal-hal besar di alam semesta saling berhubungan erat,” kata Oei dalam konferensi pers baru-baru ini.
Apa berikutnya?
Oei dan rekan-rekannya berharap untuk lebih memahami bagaimana proses itu terjadi, yang berarti mereka perlu menemukan lebih banyak monster kosmik seperti Porphyrion.
Sejauh ini survei LOFAR baru mencakup sekitar 15 persen langit, tetapi masih terus mencari. Oei dan rekan-rekannya mengatakan 8.000 pasang jet relativistik raksasa mereka, termasuk Porphyrion, hanyalah “puncak gunung es”. Tim memperkirakan bahwa mungkin ada sedikitnya 100.000, dan hingga satu juta, lebih banyak sistem jet raksasa ini di luar sana di alam semesta yang relatif dekat.
“Mereka sendiri sangat menarik,” kata Hardcastle. “Siapa yang tidak suka jet raksasa yang keluar dari lubang hitam?”