Teleskop ruang angkasa Gaia secara nggak sengaja menangkap jenis ledakan kosmik raksasa yang belum pernah terlihat sebelumnya—ledakan terbesar sejak Big Bang.

Dari jantung galaksi yang jauh, teleskop pemetaan ini merekam peningkatan kecerahan yang tiba-tiba dan ekstrem—semburan cahaya kolosal yang bertahan jauh lebih lama dari semburan serupa yang pernah dikenal sebelumnya.

Diperkirakan ledakan ini melepaskan energi sebanyak 100 Matahari selama gabungan seluruh masa hidupnya.

Analisis cahaya tersebut mengungkapkan sesuatu yang baru sekaligus familiar: bintang-bintang yang terkoyak oleh lubang hitam, tetapi dalam skala yang belum pernah kita amati sebelumnya.

Setiap bintang berukuran besar, setidaknya tiga kali lebih masif dari Matahari; dan setiap lubang hitam adalah monster supermasif yang bersembunyi di pusat galaksi tempat bintang itu berada.

Peristiwa semacam itu biasanya dikenal sebagai tidal disruption events, atau TDEs. Para astrofisikawan menyebut peristiwa baru ini ‘extreme nuclear transients’ – disingkat ENTs.

“Kami telah mengamati bintang terkoyak sebagai peristiwa tidal disruption selama lebih dari satu dekade, tetapi ENTs ini adalah monster yang berbeda, mencapai kecerahan hampir 10 kali lipat dari yang biasanya kita lihat,” kata astrofisikawan Jason Hinkle dari Institute for Astronomy (IfA) di University of Hawaiʻi.

“ENTs tidak hanya jauh lebih terang dari peristiwa tidal disruption biasa, tetapi juga tetap bercahaya selama bertahun-tahun, jauh melampaui keluaran energi dari ledakan supernova paling terang yang pernah diketahui.”

Istilah yang agak kalem ‘tidal disruption’ digunakan untuk menggambarkan apa yang dilakukan gaya gravitasi pada suatu objek yang terlalu dekat dengan lubang hitam. Pada titik tertentu, kekuatan medan gravitasi eksternal melampaui gravitasi yang menahan objek, dan objek itu terpecah menjadi semburan cahaya liar sebelum setidaknya sebagian jatuh ke ketidakpastian besar di luar horizon peristiwa lubang hitam.

Ada teleskop yang diarahkan ke langit untuk menangkap semburan ini, menggunakan bidang pandang yang luas untuk mencakup sebanyak mungkin langit, menunggu semburan tak terduga yang menandakan saat-saat terakhir bintang yang malang. Para astronom telah berhasil mengamati sejumlah besar TDEs, dan tahu kira-kira bagaimana seharusnya peristiwa itu terjadi.

Ada peningkatan kecerahan yang tiba-tiba di galaksi yang jauh, dengan kurva cahaya yang naik ke puncak cepat sebelum perlahan memudar selama berminggu-minggu hingga berbulan-bulan. Para astronom kemudian dapat menganalisis cahaya tersebut untuk menentukan sifat-sifat seperti massa relatif objek yang terlibat.

Gaia adalah teleskop ruang angkasa yang misinya adalah memetakan Bima Sakti dalam tiga dimensi. Teleskop ini menghabiskan banyak waktu menatap langit untuk menangkap pengukuran parallax yang tepat dari bintang-bintang di Bima Sakti. Namun, terkadang, teleskop ini berhasil melampaui parameter misinya.

Saat meneliti data Gaia, Hinkle dan rekan-rekannya menemukan dua peristiwa aneh: Gaia16aaw, semburan yang direkam pada tahun 2016; dan Gaia18cdj, yang ditangkap teleskop pada tahun 2018.

Kedua peristiwa ini sangat mirip dengan peristiwa yang direkam oleh Zwicky Transient Facility pada tahun 2020. Karena peristiwa itu sangat luar biasa, dan karena diberi penunjukan ZTF20abrbeie, para astronom memberinya julukan “Scary Barbie“.

Hinkle dan timnya menentukan bahwa Gaia16aaw dan Gaia18cdj adalah jenis peristiwa yang sama dengan Scary Barbie, dan mulai mencoba mencari tahu penyebabnya. Mereka mengesampingkan ledakan supernova – peristiwa tersebut setidaknya dua kali lebih kuat dari transient lain yang diketahui, dan supernova memiliki batas kecerahan atas.

Sebuah supernova, jelas tim, biasanya melepaskan cahaya sebanyak Matahari selama seluruh masa hidupnya yang 10 miliar tahun. Namun, keluaran ENT sebanding dengan total keluaran seumur hidup 100 Matahari digabungkan.

Sebaliknya, para peneliti menemukan bahwa sifat-sifat peristiwa ENT konsisten dengan TDEs – hanya saja dalam skala yang sangat besar. Itu termasuk berapa banyak energi yang dikeluarkan, dan bentuk kurva cahaya saat peristiwa mencerah dan memudar.

ENTs sangat langka – tim memperkirakan frekuensinya sekitar 10 juta kali lebih jarang daripada supernova – tetapi mereka mewakili bagian yang menarik dari teka-teki lubang hitam. Lubang hitam supermasif memiliki massa jutaan hingga miliaran kali massa Matahari, dan kita belum memiliki gambaran yang jelas tentang bagaimana mereka tumbuh. ENTs mewakili salah satu mekanisme di mana objek raksasa ini dapat menambah massa.

“ENTs menyediakan alat baru yang berharga untuk mempelajari lubang hitam masif di galaksi yang jauh. Karena sangat terang, kita dapat melihatnya di jarak kosmik yang luas – dan dalam astronomi, melihat jauh berarti melihat kembali ke masa lalu,” kata astrofisikawan Benjamin Shappee dari IfA.

“Dengan mengamati semburan yang berkepanjangan ini, kita mendapatkan wawasan tentang pertumbuhan lubang hitam selama era kunci yang dikenal sebagai cosmic noon, ketika alam semesta berusia setengah dari usia saat ini [dan] ketika galaksi adalah tempat yang ramai – membentuk bintang dan memberi makan lubang hitam supermasif mereka 10 kali lebih giat daripada saat ini.”

Penelitian ini telah dipublikasikan di Science Advances.