Lubang hitam tidak kehabisan bahan bakar. Bahkan ketika mereka secara aktif meledakkannya.
Ini adalah paradoks yang telah melekat pada ahli astrofisika selama bertahun-tahun. Hampir setiap galaksi besar memiliki lubang hitam supermasif di intinya. Monster-monster ini berbobot jutaan hingga miliaran matahari. Mereka tumbuh dengan memakan materi. Namun proses makan itu menghasilkan pancaran energi yang sangat besar.
Jet ini memanaskan gas di sekitarnya. Gas panas tidak runtuh. Itu tidak membentuk bintang. Itu tetap menyebar. Jadi, keluaran lubang hitam itu sendiri yang menyebarkan pasokan makanannya. Jika bahan bakar habis, mesin akan mati.
Tidak. Mengapa?
Penelitian baru dari Universitas Montreal dan tim internasional menunjukkan bahwa jawabannya lebih sederhana dari yang kita duga. Itu sebuah siklus. Sebuah lingkaran. Sistem daur ulang kosmik.
Melihat Yang Tak Terlihat di NGC 4696
Tim mengamati NGC 4696 yang terletak di Cluster Centaurus, sekitar 145 juta tahun cahaya jauhnya. Galaksi ini bukanlah hal baru bagi kita. Pengamatan sebelumnya telah mengisyaratkan adanya spiral gas berbentuk S yang membungkus pusat lubang hitamnya. Namun detailnya tidak jelas.
Untuk melihat lebih dekat, para peneliti mengarahkan Near-Infrared Speleographer (NIRSpec) James Webb Space Telescope (JWST) ke intinya. Mereka menghabiskan sekitar delapan jam menatap ke dalam kegelapan.
Hasilnya cukup tajam untuk menyelesaikan struktur yang lebarnya hanya 30 tahun cahaya. Pikirkan tentang skala itu. Jika sebuah galaksi diperkecil hingga seukuran lapangan sepak bola (sekitar 300,00 tahun cahaya dikompresi menjadi 100 meter), JWST dapat melihat satu kelereng diletakkan di atasnya dari jarak 50 kilometer.
Apa yang mereka lihat adalah piringan yang berputar. Bukan sembarang disk. Lebarnya 800 tahun cahaya. Gas di sini terkoyak oleh gravitasi lubang hitam. Ia bergerak dengan kecepatan beberapa ratus kilometer per detik. Perbedaan kecepatan antara satu sisi dan sisi lainnya? Sekitar 600 kilometer per detik.
Namun disk tersebut tidak terisolasi.
Filamen mengalir ke dalamnya.
Jalan Raya Filamen
Benang-benang gas ini adalah mata rantai yang hilang.
Saat jet memanaskan galaksi, gas terdorong keluar. Itu meluas ke ruang antarbintang. Itu keren. Saat mendingin, ia mengembun. Ini membentuk filamen tipis seperti tali.
Di NGC 4696, filamen ini bertindak sebagai truk pengiriman. Mereka membawa gas yang didinginkan langsung ke tepi piringan yang berputar. Gas terakumulasi di sana. Kemudian ia ditarik masuk. Ia kembali menjadi bahan bakar bagi lubang hitam.
Untuk pertama kalinya, kami melihat keseluruhan jalur. Pemanas. Pendinginan. Pembentukan filamen. Pertambahan. Ini adalah lingkaran tertutup.
“Apa yang diungkapkan JWST adalah bahwa lubang hitam mungkin merupakan pendaur ulang kosmik yang paling utama.”
Julie Hlavacek-Larrondo memimpin penelitian tersebut. Data timnya menunjukkan lubang hitam tidak hanya merusak lingkungannya. Ini membentuknya kembali menjadi sesuatu yang dapat memberi umpan balik pada dirinya sendiri. Lubang hitam melepaskan energi, memanaskan gas, namun gas yang sama kemudian mendingin menjadi filamen yang jatuh ke dalam. Siklus ini menopang pertumbuhan.
Tali Magnetik dan Sumbu Goyang
Pengamatan adalah satu hal. Fisika adalah hal lain. Tim menjalankan simulasi komputer untuk melihat cara kerjanya.
Mereka menemukan bahwa medan magnet memainkan peran yang sangat besar. Ketika gas filamen jatuh ke dalam, garis-garis magnet yang diregangkan bertindak seperti tali. Mereka mengerahkan torsi. Mereka menghilangkan momentum sudut dari gas. Tanpa momentum untuk membuatnya tetap berputar dengan liar, gas justru akan jatuh ke dalam piringan dan bukannya berhamburan.
Ini menjelaskan mengapa disk terbentuk.
Simulasi juga menunjukkan disk tidak diam. Itu bergetar.
Mengapa? Karena filamen datang dari mana-mana. Mereka mengalir dari berbagai arah. Masukan yang kacau ini membuat sumbu disk bergeser. Semburan energi lubang hitam pun mengikuti. Mereka juga bergeser.
Alih-alih meledak ke satu arah dan meninggalkan titik dingin, jet tersebut memanaskan wilayah tengah secara lebih merata. Pemanasan yang seragam mencegah bongkahan besar gas mendingin terlalu cepat dan jatuh secara tidak terkendali. Ini menstabilkan sistem. Itu membuat putaran umpan balik tetap berjalan.
Tidak Setiap Lubang Sama
Mekanisme daur ulang spesifik ini bergantung pada keseimbangan. Jetnya kuat, tapi tidak terlalu kuat.
Di gugus galaksi lain, lubang hitam lebih agresif. Jet mereka sangat energik sehingga tidak ada piringan yang terbentuk. Gas tersebut tetap berada dalam keadaan kacau, tidak pernah menempel pada filamen atau struktur berputar yang terlihat pada NGC 4696 di sini. Tingkat aktivitas menentukan perilaku. Jika lubangnya terlalu kuat, sistem daur ulang akan rusak sepenuhnya.
Penelitian ini hanyalah permulaan. Ini adalah makalah pertama dari tiga makalah. Analisis saat ini berfokus pada gas hangat pada 10.000Kelvin. Makalah yang melihat suhu berbeda masih dalam pengerjaan.
Penemuan ini telah memicu lebih banyak observasi JWST. Teleskop di seluruh dunia sedang bersiap untuk mendapatkan pandangan yang terkoordinasi. Para peneliti ingin tahu: Apakah galaksi lain memiliki mesin mandiri yang sama?
Kami akhirnya memiliki alat untuk memeriksanya. Dan lubang hitam mungkin menyimpan rahasia yang belum kita duga.
