Lubang hitam adalah kekuatan alam yang paling menarik dan mengagumkan. Mereka juga salah satu yang paling misteri kerana cara peraturan fisika konvensional dihancurkan di hadapan mereka. Walaupun terdapat puluhan tahun kajian dan pemerhatian, masih banyak yang tidak kita ketahui tentangnya. Sebenarnya, sehingga baru-baru ini, para astronom tidak pernah melihat gambar lubang hitam dan tidak dapat mengukur jumlahnya.
Walau bagaimanapun, sepasukan ahli fizik dari Institut Fizik dan Teknologi Moscow (MIPT) baru-baru ini mengumumkan bahawa mereka telah merancang cara untuk mengukur secara tidak langsung jisim lubang hitam sambil juga mengesahkan keberadaannya. Dalam satu kajian baru-baru ini, mereka menunjukkan bagaimana mereka menguji kaedah ini pada lubang hitam supermasif yang baru digambarkan di tengah galaksi aktif Messier 87.
Kajian itu muncul dalam edisi Ogos Makluman Bulanan Persatuan Astronomi Diraja. Sebagai tambahan kepada penyelidik dari MIPT, pasukan ini termasuk anggota dari Institut Bersama VLBI ERIC (JIVE) yang berpusat di Belanda, Institut Astronomi & Astrofizik Akademi Sinica di Taiwan, dan Balai Cerap Mizusawa VLBI NOAJ di Jepun.
Selama beberapa dekad, para astronom telah mengetahui bahawa kebanyakan galaksi besar mempunyai lubang hitam supermasif (SMBH) di pusatnya. Kehadiran SMBH ini menyebabkan banyak aktiviti di inti, di mana gas dan debu jatuh ke dalam cakera penambahan dan mempercepat ke kelajuan yang menyebabkan mereka memancarkan cahaya, serta radio, gelombang mikro, sinar-x, dan gamma- sinaran sinar.
Bagi sebilangan galaksi, jumlah radiasi yang dihasilkan oleh kawasan teras sangat terang sehingga benar-benar mengatasi cahaya yang datang dari semua bintang dalam cakeranya yang digabungkan. Galaksi ini dikenali sebagai Galaksi Nukleus Galaksi Aktif (AGN) kerana mereka mempunyai teras aktif dan galaksi lain relatif "sepi". Pengenal pasti lain bahawa galaksi aktif adalah pancaran panjang bahan panas yang memanjang.
"Jet relativistik" ini, yang dapat memanjang hingga berjuta-juta tahun cahaya ke luar, dinamakan begitu kerana bahan di dalamnya dipercepat menjadi sebahagian kecil dari kecepatan cahaya. Walaupun jet ini belum sepenuhnya difahami, konsensus semasa adalah bahawa mereka dihasilkan oleh "kesan motor" tertentu yang disebabkan oleh SMBH yang berputar dengan cepat.
Contoh galaksi aktif dengan jet relativistik adalah Messier 87 (aka. Virgo A), galaksi supergiant yang terletak di arah Buruj Virgo. Galaksi ini adalah galaksi aktif yang paling dekat dengan Bumi, dan oleh itu galaksi adalah yang paling baik dikaji. Pada mulanya ditemui pada tahun 1781 oleh Charles Messier (yang menganggapnya sebagai nebula), sejak itu ia telah dipelajari secara berkala. Menjelang tahun 1918, jet optiknya menjadi yang pertama yang dapat diperhatikan.
Berkat jaraknya yang dekat, para astronom dapat mempelajari jet Messier 87 dengan cermat - memetakan struktur dan kecepatan plasma serta mengukur suhu dan kepadatan zarah berhampiran aliran jet. Batasan jet telah dikaji dengan terperinci bahawa para penyelidik mendapati bahawa ia adalah homogen sepanjang panjangnya dan berubah bentuk semakin jauh (dari parabola ke kon).
Semua pemerhatian ini telah membolehkan para astronom menguji hipotesis mengenai struktur galaksi aktif dan hubungan antara perubahan bentuk jet dan pengaruh lubang hitam di nukleus galaksi. Dalam kes ini, pasukan penyelidik antarabangsa memanfaatkan hubungan ini dan untuk menentukan jisim M87 SMBH.
Pasukan ini juga bergantung pada model teori yang meramalkan kerosakan jet, yang membolehkan mereka membuat model di mana jisim SMBH akan menghasilkan semula bentuk jet M87 yang diperhatikan dengan tepat. Dengan mengukur lebar jet dan jarak antara inti dan pecah bentuknya, mereka juga mendapati bahawa sempadan jet M87 terdiri dari dua segmen dengan dua lekukan khas.
Pada akhirnya, gabungan model teori, pemerhatian dan pengiraan komputer membolehkan pasukan memperoleh pengukuran tidak langsung dari jisim dan kadar putaran lubang hitam. Kajian ini bukan sahaja memberikan model baru untuk anggaran lubang hitam dan kaedah pengukuran baru untuk jet tetapi juga mengesahkan hipotesis yang mendasari struktur jet
Pada dasarnya, hasil pasukan menggambarkan jet sebagai aliran cecair magnet, di mana bentuknya ditentukan oleh medan elektromagnetik di dalamnya. Ini, pada gilirannya, adalah perkara-perkara yang bergantung seperti kelajuan dan cas zarah-zarah jet, arus elektrik di dalam jet, dan kadar di mana SMBH menghasilkan jirim dari cakera sekitarnya.
Interaksi antara semua faktor inilah yang menimbulkan keretakan yang dilihat dalam bentuk jet, yang kemudian dapat digunakan untuk memperkirakan jisim SMBH dan seberapa cepat ia berputar. Elena Nokhrina, timbalan ketua makmal MIPT yang terlibat dalam kajian ini dan pengarang utama kertas kerja pasukan, menerangkan kaedah yang mereka kembangkan dengan cara berikut:
"Kaedah bebas baru untuk anggaran jisim dan putaran lubang hitam adalah hasil utama kerja kami. Walaupun ketepatannya setanding dengan kaedah yang ada, ia mempunyai kelebihan kerana membawa kita lebih dekat ke tujuan akhir. Yaitu, menyempurnakan parameter 'motor' teras untuk lebih memahami sifatnya. "
Terima kasih kepada ketersediaan instrumen canggih untuk mempelajari SMBH (seperti Teleskop Event Horizon) dan teleskop ruang angkasa generasi akan datang yang akan beroperasi tidak lama lagi, tidak lama lagi model baru ini dapat diuji secara menyeluruh. Calon yang baik adalah Sagittarius A *, SMBH di pusat galaksi kita yang dianggarkan antara 3.5 juta 4.7 juta massa Suria.
Selain meletakkan batasan yang lebih tepat pada massa ini, pemerhatian masa depan juga dapat menentukan seberapa aktif (atau tidak aktif) inti galaksi kita. Ini dan misteri lubang hitam yang lain menanti!
