Mengenal Quasar, Inti Galaksi yang Sangat Terang

Pernah mendengar istilah “quasar”? Apa yang terpikirkan di kepalamu? Objek paling terang? Objek paling jauh? Atau kamu malah baru kali ini mendengarnya? Kali ini kita akan membahas salah satu objek paling eksotis di alam semesta yang bernama quasar.

Cerita ini bermula pada tanggal 5 Februari 1963 di California Institute of Technology. Saat itu, seorang astronom Belanda, Maarten Schmidt, sedang meneliti objek misterius yang cahayanya sangat terang. Objek tersebut terlihat seperti titik, sama seperti ketika melihat bintang di langit. Hal yang aneh adalah Schmidt menemukan bahwa objek tersebut berasal dari tempat yang sangat jauh dari Bumi. Jaraknya mencapai miliaran tahun cahaya, jauh di luar galaksi Bima Sakti. Mengapa objek sejauh itu dapat memancarkan cahaya yang sangat terang? Schmidt pun menduga bahwa objek ini bukan bintang biasa.

Quasi-stellar Radio Sources

Quasar sebenarnya merupakan singkatan dari quasi-stellar radio sources (sumber radio mirip bintang). Mengapa dinamakan demikian? Hal ini karena quasar pertama yang ditemukan merupakan suatu objek yang terlihat seperti bintang, namun memancarkan sinyal radio yang kuat. Quasar pertama tersebut bernama 3C 273 dan sebenarnya telah ditemukan sejak tahun 1950-an oleh para astronom radio. Schmidt melakukan pengamatan lanjutan terhadap 3C 273 dengan menggunakan teleskop optik di Observatorium Palomar untuk mempelajari spektrumnya. Tidak seperti bintang pada umumnya yang memiliki garis-garis hidrogen, spektrum 3C 273 memiliki pola yang aneh dan tidak teridentifikasi saat itu.

1Quasar 3C 273 yang terlihat seperti bintang. Kredit: ESA/NASA/Hubble

Schmidt akhirnya menyadari ada sesuatu yang menarik dari spektrum 3C 273. Spektrum tersebut memiliki pola yang teratur dan terlihat seperti tergeser ke warna yang lebih merah. Ketika suatu objek bergerak menjauh dari pengamat, cahayanya akan terlihat bergeser ke panjang gelombang yang lebih merah akibat efek Doppler. Fenomena ini mirip dengan kasus dengan suara sirene mobil polisi yang frekuensinya menjadi lebih rendah ketika bergerak menjauhimu. Inilah yang disebut dengan redshift (pergeseran merah) dan biasanya dapat digunakan untuk mengukur jarak. Dengan metode ini, Schmidt menemukan bahwa 3C 273 berjarak sekitar dua miliar tahun cahaya dari Bumi. Sebagai perbandingan, diameter galaksi Bima Sakti saja ukurannya hanya 100.000 tahun cahaya.

Sumber Energi Quasar

Untuk memancarkan cahaya yang sangat terang dari jarak sejauh itu, quasar harus memproduksi energi yang sangat besar. Akan tetapi, bagaimana caranya? Pada tahun 1969, astronom dari Universitas Cambridge yang bernama Lynden-Bell memiliki ide atas permasalahan tersebut, yaitu lubang hitam supermasif.

Lubang hitam merupakan objek yang sangat masif dan rapat sehingga gravitasinya membuat cahaya tidak dapat lolos darinya. Jika sendirian, lubang hitam tidak dapat terlihat karena gelap. Namun, jika dikelilingi oleh banyak gas dan debu, sesuatu yang spektakuler akan terjadi. Ketika materi berada terlalu dekat, materi tersebut akan jatuh ke lubang hitam, membentuk piringan yang bergerak spiral seperti air yang mengitari saluran pembuangan. Sembari gas dan debu tersebut jatuh, terjadi suatu proses yang kompleks sehingga mereka melepaskan energi dalam bentuk radiasi dalam jumlah besar. Kadang-kadang lubang hitam memiliki medan magnet yang sangat kuat sehingga dapat membentuk jet partikel bermuatan yang dilontarkan dari kedua kutubnya. Inilah proses yang terjadi di quasar.

2Energi quasar berasal dari piringan agresi. Kredit: Astronomy/Roen Kelly

Beberapa tahun setelah penemuan Schmidt, para astronom menemukan banyak quasar baru. Dalam beberapa dekade, mereka akhirnya mengetahui bahwa quasar hanya salah satu tipe dari kategori yang lebih besar, yaitu active galactic nuclei (inti galaksi aktif) yang biasa disingkat sebagai AGN. Sekitar 10% dari seluruh galaksi di alam semesta memiliki AGN di pusatnya. AGN tersebut menghasilkan radiasi di berbagai panjang gelombang seperti pada panjang gelombang radio, inframerah, cahaya tampak, ultraviolet, sinar-X, atau bahkan sinar gama. Quasar merupakan kelompok AGN yang paling terang, namun jumlahnya sangat sedikit (1% dari total galaksi di alam semesta).

Untuk sesaat, para astronom beranggapan bahwa lubang hitam supermasif hanya dapat ditemukan di AGN. Tapi, pada tahun 1990-an akhirnya diyakini bahwa semua galaksi memiliki lubang hitam supermasif di pusatnya. Apa buktinya? Para astronom mengamati pergerakan bintang-bintang di pusat galaksi dengan menggunakan teleskop, misalnya Hubble Space Telescope. Dari kecepatan orbit bintang-bintang tersebut, dapat diukur gaya gravitasi yang dihasilkan oleh suatu benda misterius di pusat galaksi secara akurat. Massa benda yang diperoleh dari hasil perhitungan menunjukkan bahwa benda tersebut adalah lubang hitam supermasif. Pada tahun 2000-an diketahui bahwa lubang hitam supermasif yang ada di pusat galaksi Bima Sakti massanya sekitar 4 juta kali lebih besar dari massa Matahari.

Pembentukan Galaksi Aktif

Salah satu hal yang menarik dari AGN adalah mereka banyak ditemukan di tempat yang jauh. Artinya, mereka berasal dari tempat ketika alam semesta jauh lebih muda daripada saat ini. Ini menunjukkan bahwa galaksi-galaksi lebih aktif pada masa mudanya ketika mereka memiliki banyak gas dan debu untuk “memberi makan” lubang hitam di pusatnya. Namun, tentunya gas dan debu tersebut akan habis seiring berjalannya waktu karena diisap oleh lubang hitam atau berubah menjadi bintang. Ini membuat AGN-AGN tersebut meredup dan jumlahnya semakin berkurang. Galaksi yang tidak aktif suatu saat bisa aktif kembali menjadi AGN jika ada sesuatu yang memicunya. Misalnya, tabrakan dan merger (pergabungan) dengan galaksi lain yang memiliki banyak gas. Gas tersebutlah yang nantinya menjadi bahan bakar untuk mengaktifkan lubang hitam di pusat galaksi. Galaksi Bima Sakti diperkirakan akan menjadi AGN sekitar 4 miliar tahun lagi, tepatnya ketika tabrakan dengan galaksi Andromeda terjadi.

3Ilustrasi inti galaksi aktif. Kredit: ESA/NASA/AVO/Paolo Padovani

Pembentukan AGN tidak harus melalui tabrakan antargalaksi. Beberapa galaksi ditemukan aktif menjadi AGN pada suatu saat, namun beberapa tahun kemudian kembali menjadi galaksi normal. Adam Myers, astronom dari University of Wyoming di Amerika Serikat, menyebut galaksi tersebut sebagai “changing look” quasar (quasar yang penampakannya berubah). Mengapa bisa demikian? Hal ini masih menjadi misteri dalam astronomi. Para astronom menduga bahwa proses di pusat galaksi lebih kompleks dari yang diperkirakan sebelumnya.

AGN merupakan hal yang penting dalam evolusi galaksi. AGN dapat melontarkan jet dan aliran gas yang nantinya memicu pembentukan bintang di galaksi tersebut. Selain itu, AGN juga dapat digunakan untuk mempelajari alam semesta, misalnya mengukur usia, umur, dan takdir alam semesta.

Ketika alam semesta berusia kurang dari 1 juta tahun, alam semesta diisi oleh sup partikel bermuatan yang panas. Fluktuasi yang dihasilkan oleh Big Bang ketika masa awal pembentukan alam semesta menghasilkan gelombang suara yang bergema melewati sup partikel tersebut. Saat alam semesta sudah lebih besar dan mendingin, getaran yang dialami sup partikel berhenti dan membeku di tempatnya masing-masing. Getaran tersebut dinamakan baryon acoustic oscillation (osilasi akustik baryon) yang saat ini menampakkan dirinya sebagai riak halus dalam distribusi galaksi di alam semesta. Distribusi quasar dapat digunakan untuk mengukur ukuran riak yang terlihat di masa sekarang. Hasil observasi tersebut dapat dibandingkan dengan perhitungan teoretis untuk mengukur seberapa besar alam semesta kita.

4Tabrakan dan merger (pergabungan) antargalaksi dapat memicu pembentukan AGN. Kredit: NASA/ESA dan The Hubble Heritage Team (STScI)

Quasar terjauh yang diketahui saat ini adalah ULAS J1120+0641 yang jaraknya 12 miliar tahun cahaya. Ini artinya cahaya quasar tersebut berasal dari tempat di alam semesta yang masih berumur sekitar 770 juta tahun. Keberadaan quasar tersebut memunculkan kontroversi baru. Lubang hitam supermasif yang nantinya membentuk quasar tumbuh dengan mengonsumsi gas dan debu atau bergabung dengan lubang hitam lainnya. Proses ini membutuhkan waktu yang tidak sebentar. Hingga kini belum diketahui bagaimana ULAS J1120+0641 bisa terbentuk di alam semesta yang masih semuda itu. Tapi, mungkin saja di masa lalu alam semesta diisi oleh bintang-bintang supermasif yang massanya 100.000 kali lebih besar dari Matahari. Bintang-bintang inilah yang nantinya akan runtuh menjadi lubang hitam dan cukup besar menjadi lubang hitam supermasif hanya dalam waktu beberapa ratus juta tahun.

Quasar dan juga AGN merupakan salah satu penemuan penting di astronomi abad ke-20. Meskipun masih dianggap misterius, benda tersebut telah berhasil menjadi salah satu potongan puzzle penting untuk memahami evolusi alam semesta kita.

Referensi:

  1. http://www.bbc.com/earth/story/20160125-the-ancient-black-holes-that-can-outshine-entire-galaxies  
  2. Netzer, H. 2013. The Physics and Evolution of Active Galactic Nuclei. Cambridge: Cambridge University Press

Penulis: Irham Taufik Andika
Editor: Muhammad Bayu Saputra

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s