Ilmuwan Temukan Asal Muasal Gelembung Raksasa yang Membentang di Galaksi Bima Sakti

REPUBLIKA.CO.ID, JAKARTA -- Menurut penelitian baru, dua struktur paling aneh dan paling kolosal di Bima Sakti mungkin terbentuk dalam ledakan sepanjang 100.000 tahun di pusat galaksi kita. Struktur tersebut dinamai gelembung Fermi dan gelembung eROSITA sesuai dengan masing-masing teleskop yang menemukannya.

Dilansir dari Live Science, Kamis (17/3/2022), dua gelembung itu menjangkang pusat Bima Sakti dalam bentuk jam pasir yang sangat besar. Satu set gelembung membentang lebih dari 25.000 tahun cahaya di atas bidang galaksi.

Gelembung lainnya membentang jauh di bawahnya. Dua set gelembung tumpang tindih satu sama lain, tetapi tampaknya terbuat dari bahan yang berbeda secara fundamental.

Gelembung Fermi, diisi dengan partikel ultra-cepat yang disebut sinar kosmik. Ini hanya dapat dilihat oleh teleskop yang mendeteksi sinar gamma berenergi tinggi. Sedangkan gelembung eROSITA-berisi gas panas yang menyala-nyala, hanya terlihat sebagai sinar-X.

Para ilmuwan memperdebatkan asal-usul mereka, tetapi satu hal tentang gelembung itu jelas: keduanya adalah hasil dari ledakan kuno dan kuat di suatu tempat di dekat pusat galaksi sejak lama.

Sekarang, dalam sebuah studi baru yang diterbitkan 7 Maret di jurnal Nature Astronomy, para peneliti menggambarkan bagaimana mereka mensimulasikan sejarah ledakan gelembung Fermi dan eROSITA. Simulasi ini untuk menentukan dengan tepat di mana, kapan, dan bagaimana mereka diciptakan.

Menggunakan data dari survei sinar gamma dan sinar-X yang mengungkap struktur misterius, penulis penelitian menunjukkan bahwa kedua set gelembung kemungkinan dihasilkan dari ledakan panjang lubang hitam supermasif di pusat galaksi kita, mulai 2,6 juta yang lalu.

Dipicu oleh ribuan materi senilai matahari yang jatuh ke dalam lubang hitam selama puluhan ribu tahun, ledakan itu akan menembakkan jet kembar partikel berenergi tinggi ke luar angkasa dengan kecepatan mendekati cahaya, menggembungkan gelembung raksasa dan mendorong materi di dekatnya jauh melintasi galaksi.

Jika model tim akurat, mereka menunjukkan bahwa lubang hitam pusat galaksi kita-sementara relatif tenang hari ini. Lubang hitam di pusat galaksi kita pernah mengalami badai energi yang mengamuk dengan kelaparan yang mengerikan untuk materi di dekatnya.

“Menurut perkiraan kami tentang kekuatan jet yang dibutuhkan untuk mengembang gelembung Fermi/ eROSITA, lubang hitam galaksi memiliki 'selera makan' yang sangat baik,” kata ketua penulis studi Karen Yang, asisten profesor di National Tsing Hua University di Taiwan, kepada  Live Science.

“Ini mengonsumsi bahan sekitar 1.000 hingga 10.000 massa matahari dalam periode 100.000 tahun, dimulai sekitar 2,6 juta tahun yang lalu,” ujarnya.

Para astronom mendeteksi gelembung Fermi dengan teleskop sinar gamma Fermi NASA pada 2010. Satu dekade kemudian, tim ilmuwan terpisah mendeteksi gelembung sinar-X eROSITA di tempat yang hampir sama persis, meskipun sepasang bola raksasa baru ini tampak lebih besar dari yang pertama, membentang ribuan tahun cahaya di luar tepi gelembung Fermi.

Para ilmuwan mempertimbangkan dua penjelasan yang masuk akal untuk keberadaan raksasa ini: Entah mereka terbentuk dari ledakan supernova yang sangat kuat di dekat pusat galaksi atau mereka dimuntahkan dengan keras dari Sagitarius A* (lubang hitam supermasif di pusat galaksi yang berisi massanya sekitar 4 juta matahari).

Berbagai penelitian telah berusaha untuk membuktikan satu penjelasan atau yang lain, tetapi makalah baru adalah yang pertama menawarkan penjelasan dengan memodelkan evolusi gelembung Fermi dan eROSITA secara bersamaan.

“Simulasi kami unik karena dapat memodelkan interaksi antara partikel berenergi tinggi (yang menghasilkan sinar gamma) dan gas di dalam Bima Sakti (yang menghasilkan sinar-X),” kata Yang kepada Live Science.

Menggunakan bentuk, ukuran, dan spektrum (yaitu panjang gelombang cahaya yang mereka pancarkan) dari kedua gelembung sebagai titik awal, tim memperkirakan jumlah energi yang dibutuhkan untuk mengembang ke proporsi mereka saat ini. Mereka menemukan bahwa satu-satunya penjelasan yang masuk akan adalah ledakan lubang hitam yang kuat dan berkepanjangan. Satu supernova tidak akan menghentikannya.

Ledakan seperti itu akan menggelembungkan gelembung secara bertahap. Pertama, sejumlah besar materi diperlukan untuk ke Sagitarius A*. Alih-alih benar-benar ditelan, sebagian dari materi itu disalurkan ke jet besar yang bergerak cepat yang mempercepat materi menjauh dari lubang hitam dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. (Jet seperti ini telah diamati meledak dari lubang hitam di galaksi lain).

Bertindak seperti akselerator partikel raksasa, pancaran itu mengubah proton dan neutron menjadi sinar kosmik berenergi tinggi yang melengking melintasi galaksi. Saat sinar itu mengalir ke luar angkasa, mereka mulai mengisi gelembung Fermi, kata para peneliti.

Sementara gelembung Fermi meluas melintasi Bima Sakti dalam ledakan berkecepatan tinggi, mereka menyingkirkan gas sekitar yang mereka temui di sepanjang jalan, menciptakan gelombang kejut yang sangat besar yang masih terlihat sampai sekarang. Gelombang gas panas itu bersinar dengan radiasi sinar-X yang kita lihat sebagai gelembung eROSITA, melonjak keluar di sekitar sisi gelembung Fermi.

Jika model tim akurat, mereka tidak hanya menjelaskan asal usul dua struktur paling misterius di galaksi kita. Model ini juga memberi para ilmuwan pandangan dari dekat bagaimana lubang hitam supermasif dapat membentuk dan mengubah galaksi di sekitar mereka.