Galaksi yang menyala-nyala setengah miliar tahun cahaya jauhnya bisa memberi kita kursi barisan depan secara langsung untuk tabrakan lubang hitam supermasif dalam skala waktu manusia, mungkin dalam waktu kurang dari satu abad.

Analisis baru terhadap cahaya aneh dari galaksi blazar Mrk 501 menunjukkan adanya bukan satu, tapi dua lubang hitam supermasif, masing-masing menghasilkan jet materi berkecepatan tingginya sendiri. Ini bukan deteksi yang pasti, tapi menurut studi yang dipimpin astronom Silke Britzen dari Max Planck Institute for Radio Astronomy di Jerman, ini adalah penjelasan paling masuk akal untuk perilaku aneh galaksi tersebut.

Jika dikonfirmasi, ini bisa berarti salah satu target besar kosmologi ada di depan mata kita: Pengamatan pertama penggabungan antara lubang hitam supermasif yang massanya jutaan hingga miliaran kali massa Matahari.

“Sejauh ini, belum ada sistem jet ganda di inti blazar yang terdeteksi melalui pencitraan langsung,” tulis Britzen dan rekan-rekannya di sini. “Jadi, studi ini melaporkan deteksi pertama sistem jet ganda, yang mengarah pada kesimpulan adanya biner lubang hitam supermasif di inti blazar ini.”

Lubang hitam supermasif diduga bersembunyi di pusat setiap galaksi besar, menjadi inti kosmik tempat bagian galaksi lainnya berputar. Raksasa ini bisa mencapai massa yang sangat besar, dan menimbulkan beberapa masalah yang membingungkan.

Salah satu yang paling mendesak adalah bagaimana mereka bisa sebesar itu. Lubang hitam bermassa bintang – yang massanya puluhan kali massa Matahari – terbentuk dari inti bintang masif yang runtuh saat mati. Kita tahu lubang hitam ini bisa bergabung membentuk yang lebih besar, dengan yang terbesar yang diketahui mencapai sekitar 225 massa Matahari.

Jalur pembentukan dan evolusi menuju lubang hitam dengan massa jutaan kali lebih besar masih lebih misterius. Sebagian karena kita kekurangan alat untuk mendeteksi gelombang gravitasi dari satu peristiwa penggabungan lubang hitam supermasif, yang akan menjadi alat terbaik untuk memahami bagaimana mereka tumbuh melalui penggabungan.

Tapi lubang hitam supermasif tidak seseperti kerabat mereka yang jauh lebih kecil. Raksasa ini sering melahap material dalam jumlah besar yang berputar di sekitar mereka dalam bentuk cakram, memanas dan menyala terang.

Lalu, sebagian material yang jatuh ke lubang hitam dibelokkan di sepanjang garis medan magnet di luar horizon peristiwa. Material ini dipercepat menuju kutub lubang hitam, lalu diluncurkan ke luar angkasa dengan kekuatan dahsyat sebagai jet plasma yang bercahaya dalam gelombang radio. Baik cakram yang menyala maupun jet berkecepatan tinggi bisa dideteksi oleh teleskop kita – itu adalah tanda khas dari lubang hitam supermasif yang rakus.

Kita tahu bahwa galaksi bertabrakan dan menjadi lebih besar – ada banyak contoh tabrakan galaksi yang sedang berlangsung di seluruh Semesta. Dan lubang hitam supermasif di pusatnya saling tertarik. Ada beberapa contoh galaksi pasca-penggabungan dengan dua atau lebih lubang hitam supermasif di intinya, terkunci dalam orbit melingkar yang diperkirakan pada akhirnya akan menyatukan mereka.

Mrk 501, yang berjarak sekitar 464 juta tahun cahaya, adalah galaksi yang diduga oleh para astronom menyembunyikan biner lubang hitam supermasif. Namun, Mrk 501 adalah blazar, yaitu galaksi dengan lubang hitam supermasif aktif yang memiliki jet relativistik yang mengarah hampir langsung ke Bumi. Galaksi ini sangat terang di seluruh spektrum elektromagnetik, membuat analisis detail intinya agak rumit.

Britzen dan timnya menggunakan teleskop radio beresolusi ultra-tinggi untuk melacak perubahan di pusat Mrk 501 di berbagai panjang gelombang radio. Pengamatan mereka mencakup sekitar 23 tahun, memungkinkan mereka melacak fitur terang di jet dari waktu ke waktu.

Para peneliti menggunakan perubahan ini untuk merekonstruksi bagaimana material bergerak di dekat mesin pusat galaksi – dan saat itulah sesuatu yang aneh muncul. Polanya tampak menunjukkan adanya jet kedua yang lebih redup, yang terlihat berputar berlawanan arah jarum jam mengelilingi inti radio.

“Mengevaluasi data rasanya seperti sedang di atas kapal,” kata Britzen. “Seluruh sistem jet bergerak. Sistem dua lubang hitam bisa menjelaskan ini: Bidang orbitnya bergoyang.”

Kemudian tim memodelkan gerakan yang mereka amati dan menyimpulkan bahwa perilaku ini lebih mudah dijelaskan dengan adanya lubang hitam supermasif kedua. Mereka menemukan dua periode dalam cahaya yang berfluktuasi. Satu berperiode tujuh tahun, dan para peneliti menemukannya konsisten dengan goyangan dalam sistem jet, seperti gasing yang goyah.

Satunya lagi berperiode sekitar 121 hari; itu, kata mereka, bisa konsisten dengan periode orbit kedua lubang hitam, yang berjarak 250 hingga 540 kali jarak Bumi-Matahari. Untuk objek sebesar lubang hitam supermasif, itu sangat dekat.

Ini juga hanya sepersekian fraksi parsec, yaitu sekitar 3,2 tahun cahaya. Ini menarik karena ada yang disebut masalah parsec terakhir.

Menurut model, saat lubang hitam supermasif saling mengorbit, mereka mentransfer energi orbitalnya ke bintang dan gas di sekitarnya, menyebabkan orbit bersama mereka menjadi semakin kecil. Seiring jarak di antara mereka menyusut, jumlah material yang bisa mencuri momentum mereka juga menyusut.

Saat jarak mereka sekitar satu parsec, lingkungan galaksi mereka tidak bisa lagi mendukung peluruhan orbit lebih lanjut, sehingga orbit lubang hitam mungkin terhenti untuk waktu yang sangat lama – lebih lama dari usia Semesta saat ini.

Jika Mrk 501 memang menjadi rumah bagi biner lubang hitam supermasif, jarak orbit pasangan ini paling besar hanya 0,0026 parsec – menunjukkan bahwa biner semacam itu bisa menemukan cara untuk menutup celah yang menurut fisika sangat sulit dilampaui.

Lubang hitam supermasif, guys. Hal yang luar biasa.

Ngomong-ngomong, karena biner yang belum terkonfirmasi ini akan sangat berdekatan, waktu sebelum mereka bertabrakan bisa sangat singkat – kurang dari 100 tahun, kata para peneliti. Jadi MRK 501 layak diawasi, terutama dengan array pengatur waktu pulsar yang bisa mendeteksi gelombang gravitasi frekuensi rendah yang mereka pancarkan.

Terkait: Astronom Mungkin Telah Melihat Tabrakan Lubang Hitam Memicu Ledakan Cahaya

“Jika gelombang gravitasi terdeteksi,” kata astronom Héctor Olivares dari Radboud University di Belanda, “kita bahkan mungkin melihat frekuensinya terus meningkat saat kedua raksasa itu berputar menuju tabrakan, memberikan kesempatan langka untuk menyaksikan penggabungan lubang hitam supermasif terjadi.”

Makalah ini telah diterima untuk publikasi di Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.