Mengungkap misteri peristiwa gangguan pasang surut

Alam semesta adalah tempat yang penuh kekerasan sehingga kehidupan sebuah bintang dapat dipersingkat di sini. Ini terjadi ketika sebuah bintang menemukan dirinya berada di lingkungan yang “buruk”, khususnya di dekat gugusan masif Lubang hitam.

Lubang hitam ini, yang memiliki massa jutaan atau bahkan milyaran kali lebih besar dari matahari kita, biasanya ditemukan di pusat galaksi yang sunyi. Saat bintang menjauh dari lubang hitam, ia mengalami tarikan gravitasi ke atas dari lubang hitam supermasif, yang akhirnya mengatasi gaya yang menjaga keutuhan bintang. Hal ini mengakibatkan bintang tersebut terganggu atau hancur, sebuah peristiwa yang dikenal sebagai peristiwa gangguan pasang surut (Tidal Disruption Event – TDE).

“Setelah bintang pecah, gasnya membentuk piringan akresi di sekitar lubang hitam. Semburan terang dari piringan dapat diamati di hampir semua panjang gelombang, terutama dengan teleskop dan satelit yang mendeteksi sinar-X,” kata peneliti postdoctoral Yannis Lioudakis dari Universitas Turku dan Pusat Astronomi Finlandia. ESO (vinka).

Sampai saat ini, hanya sedikit peneliti yang mengetahui TDE, karena tidak banyak percobaan yang dapat mendeteksinya. Namun, dalam beberapa tahun terakhir para ilmuwan telah mengembangkan alat untuk memantau lebih banyak TDE. Menariknya, tetapi mungkin tidak mengherankan, pengamatan ini telah menimbulkan misteri baru yang sedang dipelajari para peneliti.

“Pengamatan dari percobaan skala besar dengan teleskop optik telah mengungkapkan bahwa sejumlah besar TDE tidak menghasilkan sinar-X meskipun semburan cahaya tampak dapat dideteksi dengan jelas. Temuan ini bertentangan dengan pemahaman dasar kita tentang evolusi materi bintang yang terganggu di TDE,” catat Liodakis.

Dalam peristiwa gangguan pasang surut, sebuah bintang bergerak cukup dekat ke lubang hitam supermasif sehingga tarikan gravitasi lubang hitam membengkokkan bintang hingga hancur (Gambar 1). Materi antarbintang dari bintang yang hancur membentuk aliran elips di sekitar lubang hitam (gambar 2). Guncangan pasang surut terbentuk di sekitar lubang hitam saat gas menabrak dirinya sendiri dalam perjalanan kembali setelah mengorbit lubang hitam (gambar 3). Guncangan pasang surut menciptakan semburan terang cahaya terpolarisasi yang dapat diamati pada panjang gelombang optik dan ultraviolet. Seiring waktu, gas dari bintang yang hancur membentuk piringan akresi di sekitar lubang hitam (gambar 4) saat perlahan-lahan ditarik ke dalam lubang hitam. Catatan: Ukuran gambar tidak akurat. Kredit: Jenny Gurmaninen

Sebuah studi yang diterbitkan dalam jurnal Ilmu Tim astronom internasional yang dipimpin oleh Pusat Astronomi Finlandia dengan ESO menunjukkan bahwa cahaya terpolarisasi yang berasal dari TDE mungkin menjadi kunci untuk memecahkan teka-teki ini.

Alih-alih membentuk piringan akresi sinar-X yang cerah di sekitar lubang hitam, semburan yang diamati dalam cahaya optik dan ultraviolet yang terdeteksi di banyak TDE dapat berasal dari guncangan pasang surut. Guncangan ini terbentuk jauh dari lubang hitam karena gas dari bintang yang hancur menyerang dirinya sendiri dalam perjalanan kembali setelah mengorbit lubang hitam. Piringan akresi sinar-X yang cerah akan terbentuk nanti dalam peristiwa ini.

“Polarisasi cahaya dapat memberikan informasi unik tentang proses mendasar dalam sistem astrofisika. Cahaya terpolarisasi yang kami ukur dari TDE hanya dapat dijelaskan oleh guncangan pasang surut ini,” kata Lioudakis, penulis utama studi tersebut.

Cahaya terpolarisasi telah membantu para peneliti memahami kehancuran bintang

Tim menerima peringatan publik pada akhir tahun 2020 dari satelit Gaia tentang peristiwa nuklir sementara di galaksi terdekat yang diidentifikasi sebagai AT 2020mot. Para peneliti kemudian mengamati AT 2020mot dalam berbagai panjang gelombang termasuk polarisasi optik dan pengamatan spektroskopi yang dilakukan di Teleskop Optik Skandinavia (NOT), milik Universitas Turku. Pengamatan yang dilakukan di NOT sangat membantu dalam memungkinkan penemuan ini. Selain itu, pengamatan polarisasi dilakukan sebagai bagian dari kursus pengamatan astronomi untuk siswa sekolah menengah.

“Teleskop Optik Skandinavia dan polarimeter yang kami gunakan dalam penelitian ini telah berperan penting dalam upaya kami untuk memahami lubang hitam supermasif dan lingkungannya,” kata peneliti doktoral Jenny Jormaninen dari FINCA dan Universitas Turku yang memimpin observasi dan analisis polarisasi dengan NOT.

Para peneliti menemukan bahwa cahaya optik yang berasal dari AT 2020mot sangat terpolarisasi dan berubah seiring waktu. Meskipun banyak upaya, baik radio maupun teleskop sinar-X tidak mampu mendeteksi radiasi dari peristiwa sebelum, selama, atau bahkan berbulan-bulan setelah puncak letusan.

“Ketika kami melihat bagaimana AT2020mot terpolarisasi, kami langsung berpikir tentang jet yang dilepaskan dari lubang hitam, seperti yang sering kami amati di sekitar lubang hitam supermasif yang mengakumulasi gas di sekitarnya. Namun, tidak ada jet yang ditemukan,” kata Elena Lindfors, peneliti akademis di University of Turku dan Fenca.

Tim astronom menyadari bahwa data tersebut sangat cocok dengan skenario di mana aliran gas antarbintang bertabrakan dengan dirinya sendiri dan membentuk tonjolan di dekat pusat dan depan orbitnya di sekitar lubang hitam. Guncangan kemudian memperkuat medan magnet dan mengaturnya menjadi aliran bintang yang secara alami akan menghasilkan cahaya yang sangat terpolarisasi. Tingkat polarisasi optik terlalu tinggi untuk dijelaskan oleh sebagian besar model, dan fakta bahwa itu berubah seiring waktu membuatnya semakin sulit.

“Semua model yang kami amati tidak dapat menjelaskan pengamatan, kecuali model kejutan pasang surut,” catat Kari Kollionen, seorang astronom di FINCA pada saat pengamatan dan sekarang bekerja di Universitas Sains dan Teknologi Norwegia (NTNU).

Para peneliti akan terus memantau cahaya terpolarisasi yang berasal dari TDE dan mungkin akan segera menemukan lebih banyak tentang apa yang terjadi setelah sebuah bintang jatuh.

Referensi: “Polarisasi Optik dari Tabrakan Guncangan Aliran Stellar dalam Peristiwa Gangguan Pasang Surut” oleh I.A. Leodakis, KII Koljonen, D. Blinov, E. Lindfors, KD Alexander, T. Hovatta, M. Berton, A. Hajela, J. Jormanainen, K. Kouroumpatzakis, N. Mandarakas dan K.
DOI: 10.1126/science.abj9570