Ledakan Bintang Super Terang Kemungkinan Melahirkan Bayi Lubang Hitam

Pada Juni 2018, teleskop di seluruh dunia menangkap kilatan biru cemerlang dari lengan spiral galaksi CGCG 137-068 yang berjarak 200 juta tahun cahaya. Ledakan kuat ini pada awalnya tampak sebagai supernova, meskipun jauh lebih cepat dan jauh lebih terang daripada ledakan bintang yang pernah dilihat para ilmuwan.

Uniknya, sinyal, yang secara prosedural diberi label AT2018cow tersebut mendapat julukan sebagai “Cow” atau "Sapi", dan para astronom telah mengatalogkannya sebagai transien optik biru cepat, atau FBOT—yaitu peristiwa cerah berumur pendek yang tidak diketahui asalnya.

Kini tim yang dipimpin oleh MIT telah menemukan bukti kuat untuk sumber sinyal tersebut. Selain kilatan optik yang terang, para ilmuwan mendeteksi pulsa sinar-X berenergi tinggi seperti strobo. Mereka menelusuri ratusan juta pulsa sinar-X seperti itu kembali ke ‘Sapi’, dan menemukan pulsa terjadi seperti jarum jam, setiap 4,4 milidetik, selama rentang 60 hari.

Berdasarkan frekuensi pulsa, tim menghitung bahwa sinar-X pasti berasal dari objek berukuran lebar tidak lebih dari 1.000 kilometer, dengan massa lebih kecil dari 800 matahari. Menurut standar astrofisika, objek seperti itu akan dianggap kompak, seperti lubang hitam kecil atau bintang neutron.

Temuan mereka, yang diterbitkan di jurnal Nature Astronomy pada 13 Desember 2021 berjudul Evidence for a compact object in the aftermath of the extragalactic transient AT2018cow, menyatakan bahwa AT2018cow kemungkinan adalah produk dari bintang sekarat yang, saat runtuh, melahirkan objek kompak dalam bentuk lubang hitam atau bintang neutron. Objek yang baru lahir ini terus melahap materi di sekitarnya, memakan bintang dari dalam—sebuah proses yang melepaskan ledakan energi yang sangat besar.

Melansir Tech Explorist, penulis utama Dheeraj “DJ” Pasham, seorang ilmuwan penelitian di Kavli Institute for Astrophysics and Space Research MIT, mengatakan, “Kami kemungkinan telah menemukan kelahiran objek kompak dalam supernova. Ini terjadi pada supernova normal, tetapi kita belum pernah melihatnya sebelumnya karena prosesnya sangat berantakan. Kami pikir bukti baru ini membuka kemungkinan untuk menemukan lubang hitam bayi atau bintang neutron bayi.”

AT2018cow adalah salah satu dari banyak "transien astronomi" yang ditemukan pada tahun 2018. "Cow" dalam namanya adalah secara kebetulan dari proses acak penamaan astronomi (misalnya, "aaa" mengacu pada transien astronomi pertama yang ditemukan pada tahun 2018). Sinyal tersebut berada di antara beberapa lusin FBOT yang diketahui, dan ini adalah salah satu dari sedikit sinyal yang telah diamati secara real-time. Kilatannya yang kuat - hingga 100 kali lebih terang daripada supernova biasa - terdeteksi oleh survei di Hawaii, yang segera mengirimkan peringatan ke observatorium di seluruh dunia.

"Itu menarik karena banyak data mulai menumpuk," kata Pasham. "Jumlah energinya jauh lebih besar daripada supernova keruntuhan inti biasa. Dan pertanyaannya adalah, apa yang bisa menghasilkan sumber energi tambahan ini?"

Para astronom telah mengusulkan berbagai skenario untuk menjelaskan sinyal super terang ini. Misalnya, itu bisa menjadi produk lubang hitam yang lahir di supernova. Atau bisa juga dihasilkan dari lubang hitam kelas menengah yang melucuti material dari bintang yang lewat. Namun, data yang dikumpulkan oleh teleskop optik belum menyelesaikan sumber sinyal dengan cara yang pasti. Pasham bertanya-tanya apakah jawaban dapat ditemukan dalam data sinar-X.

"Sinyal ini dekat dan juga terang dalam sinar-X, itulah yang menarik perhatian saya. Bagi saya, hal pertama yang terlintas dalam pikiran adalah, beberapa fenomena yang sangat energik sedang terjadi untuk menghasilkan sinar-X. Jadi, saya ingin menguji gagasan bahwa ada lubang hitam atau benda padat di inti ‘Sapi’." tutur Pasham.

Tim melihat data sinar-X yang dikumpulkan oleh NASA's Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER), sebuah teleskop pemantau sinar-X di Stasiun Luar Angkasa Internasional. NICER mulai mengamati Sapi sekitar lima hari setelah deteksi awal oleh teleskop optik, memantau sinyal selama 60 hari berikutnya. Data ini dicatat dalam arsip yang tersedia untuk umum, yang diunduh dan dianalisis Pasham bersama rekan-rekannya.

Tim melihat melalui data untuk mengidentifikasi sinyal sinar-X yang memancar di dekat AT2018cow, dan memastikan bahwa emisi tersebut bukan dari sumber lain seperti kebisingan instrumen ataupun fenomena latar belakang kosmis. Mereka memusatkan perhatian pada sinar-X dan menemukan bahwa Sapi tampak mengeluarkan ledakan pada frekuensi 225 hertz, atau sekali setiap 4,4 milidetik.

Pasham menangkap denyut ini, menyadari bahwa frekuensinya dapat digunakan untuk menghitung secara langsung ukuran apa pun yang berdenyut. Dalam hal ini, ukuran benda yang berdenyut tidak boleh lebih besar dari jarak yang dapat ditempuh oleh kecepatan cahaya dalam 4,4 milidetik. Dengan alasan ini, ia menghitung bahwa ukuran objek tidak boleh lebih besar dari 1,3x108 sentimeter, atau lebarnya kira-kira 1.000 kilometer

"Satu-satunya yang bisa sekecil itu adalah benda padat -- baik bintang neutron atau lubang hitam," kata Pasham.

Tim menghitung lebih lanjut bahwa, berdasarkan energi yang dipancarkan oleh AT2018cow, jumlahnya tidak boleh lebih dari 800 massa matahari.

"Ini mengesampingkan gagasan bahwa sinyal tersebut berasal dari lubang hitam perantara," kata Pasham.

Selain menentukan sumber sinyal khusus ini, Pasham mengatakan penelitian ini menunjukkan bahwa analisis sinar-X dari FBOT dan fenomena ultrabright lainnya bisa menjadi alat baru untuk mempelajari lubang hitam bayi.

"Setiap kali ada fenomena baru, ada kegembiraan yang bisa menceritakan sesuatu yang baru tentang alam semesta. Untuk FBOT, kami telah menunjukkan bahwa kami dapat mempelajari denyutnya secara detail, dengan cara yang tidak mungkin dilakukan secara optik. Jadi, ini adalah cara baru untuk memahami objek kompak yang baru lahir ini," pungkas Pasham.