Dua semburan mengarah pada satu bintang yang masih bertahan
Sebuah bintang tampaknya selamat dari pertemuan dekat dengan lubang hitam supermasif, tetapi kemudian kembali dan kehilangan lebih banyak materinya. Para astronom di University of Science and Technology of China (USTC) mengidentifikasi peristiwa berulang AT 2022dbl setelah objek itu kembali terang pada Januari 2024. Petunjuk terkuat mereka adalah kemiripan mencolok antara cahaya yang dipancarkan dalam kedua semburannya.
Daftar Isi
Temuan ini diterbitkan pada 9 Agustus 2024 di The Astrophysical Journal Letters. Dalam pengumuman penelitian, USTC menyebut AT 2022dbl sebagai peristiwa gangguan pasang surut parsial berulang pertama yang dikonfirmasi melalui spektroskopi, yakni studi terhadap cahaya yang dipisahkan berdasarkan panjang gelombang penyusunnya.
Peristiwa gangguan pasang surut, atau TDE, terjadi ketika sebuah bintang melintas cukup dekat dengan lubang hitam masif sehingga gravitasinya menarik materi dari bintang tersebut. Materi itu menghasilkan semburan terang saat bergerak menuju lubang hitam. Dalam gangguan parsial, sebagian bintang bertahan, sehingga pertemuan berikutnya dapat terjadi.
AT 2022dbl penting karena para peneliti tidak hanya memperoleh catatan tentang sebuah objek yang menjadi terang dua kali. Kedua semburan menunjukkan fitur emisi yang sangat mirip, termasuk fitur yang berkaitan dengan nitrogen. Fitur-fitur tersebut mendukung kesimpulan tim bahwa materi dalam kedua peristiwa itu kemungkinan besar berasal dari bintang yang sama.
Penemuan ini juga mengubah cara astronom menafsirkan gangguan bintang yang sekilas tampak biasa. Menurut tim tersebut, jika dilihat secara terpisah, setiap semburan AT 2022dbl tampak seperti TDE pada umumnya. Pengamatan objek itu dari waktu ke waktu mengungkap kisah yang lebih rumit: sebuah bintang tampaknya kehilangan materi dalam beberapa kali pertemuan, alih-alih lenyap dalam satu peristiwa.
Bagaimana lubang hitam mengikis bintang
Lubang hitam menarik sisi bintang di dekatnya yang menghadap ke arah lubang hitam lebih kuat daripada sisi yang lebih jauh. Ketika perbedaan tarikan itu cukup kuat, bintang akan meregang dan materi bintangnya dapat terlepas. Perbedaan tarikan gravitasi inilah yang disebut gaya pasang surut dan menjadi asal nama peristiwa tersebut.
Istilah akresi menggambarkan materi yang berkumpul di sekitar suatu objek dan bergerak menuju objek tersebut akibat gravitasi. Dalam TDE, puing-puing bintang memanas dan melepaskan radiasi selama proses itu. Astronom mendeteksi semburan yang dihasilkan, yang menjadi cara untuk menyelidiki pertemuan yang terjadi jauh di luar jangkauan pengamatan langsung.
USTC menjelaskan bahwa TDE pada umumnya cepat menjadi terang selama puluhan hari, lalu meredup dalam hitungan bulan atau tahun. Gangguan parsial dapat mengikuti pola serupa. Ciri khasnya adalah bintang yang masih bertahan dan mungkin tetap berada pada orbit yang membawanya kembali mendekati lubang hitam.
Untuk AT 2022dbl, para peneliti menafsirkan semburan baru dan spektrum yang serupa sebagai bukti proses berulang tersebut. Cahaya memuat informasi tentang materi yang terkikis, sementara kembalinya kecerlangan menunjukkan bahwa aktivitasnya berlanjut kembali.
Mengapa kemiripan spektrum penting
Spektrum memisahkan cahaya berdasarkan panjang gelombang, seperti prisma yang menguraikan cahaya tampak menjadi berbagai warna. Atom dan ion menghasilkan fitur pada panjang gelombang tertentu. Astronom menggunakan fitur-fitur ini untuk menyelidiki komposisi dan kondisi fisik materi yang menghasilkan cahaya.
Kedua semburan AT 2022dbl memiliki karakteristik garis emisi yang sangat mirip. USTC menyoroti fitur-fitur yang menunjukkan kelimpahan unsur terkait reaksi nuklir di dalam bintang yang jauh lebih tinggi dari biasanya. Di antara fitur yang sama itu terdapat garis emisi N III, yang dihasilkan oleh atom nitrogen yang kehilangan dua elektron.
Tim peneliti menafsirkan kemiripan kimia ini sebagai petunjuk utama bahwa kedua peristiwa melibatkan materi dari bintang yang sama. Penalaran mereka menghubungkan waktu munculnya kembali aktivitas dengan komposisi yang terungkap melalui cahaya: objek itu kembali menyembur, dan emisinya membawa jejak kimia yang sangat mirip.
Kandidat sebelumnya untuk gangguan pasang surut berulang terutama didukung oleh kurva cahaya, yang menggambarkan kecerlangan dari waktu ke waktu. USTC menyatakan bahwa kasus-kasus tersebut tidak memiliki bukti sekuat ini selain perubahan kecerlangannya dan belum diterima secara luas. AT 2022dbl menambahkan perbandingan spektrum antara kedua semburan, sehingga penjelasan bahwa terjadi gangguan parsial berulang memiliki landasan pengamatan yang lebih kuat.
Bagaimana semburan kedua terdeteksi
Tim USTC secara rutin memperbarui kurva cahaya peristiwa gangguan pasang surut yang telah diketahui untuk mencari aktivitas yang muncul kembali. Pemantauan berkelanjutan itu memungkinkan para peneliti mengenali peningkatan kecerlangan AT 2022dbl pada Januari 2024 dan mengatur pengamatan ketika semburan baru masih berkembang.
Mereka memulai pemantauan menggunakan satelit Swift dan jaringan teleskop Global Observatory Las Cumbres, yang dikenal sebagai LCOGT. Pengamatan tersebut mengukur peristiwa itu pada beberapa pita panjang gelombang, sehingga tim memperoleh catatan yang lebih luas tentang perubahan radiasinya dibandingkan jika hanya mengamati satu pita.
Para peneliti juga memperoleh spektrum awal berkualitas tinggi dengan teleskop Hale, yang dikenal sebagai P200, di Observatorium Palomar, Amerika Serikat. Spektrum tersebut membantu mengidentifikasi semburan baru itu sebagai peristiwa gangguan pasang surut dan memungkinkan perbandingan penting dengan semburan pertama.
Tahapan utamanya adalah:
- Januari 2024: Tim mendeteksi peningkatan kecerlangan kembali dari AT 2022dbl dan memulai pengamatan menggunakan Swift, LCOGT, serta teleskop Hale di Palomar.
- 9 Agustus 2024: Studi tersebut diterbitkan di The Astrophysical Journal Letters dengan judul The Unluckiest Star: A Spectroscopically Confirmed Repeated Partial Tidal Disruption Event AT 2022dbl.
Deteksi dini kembalinya aktivitas penting karena semburan berubah selama perkembangannya. Pengamatan cepat memberi para peneliti spektrum dari tahap awal peristiwa kedua, beserta pengukuran yang melacak perubahan kecerlangannya.
Kemungkinan asal-usul dari sepasang bintang
Para peneliti mengajukan dugaan bahwa bintang yang bertahan itu semula merupakan bagian dari sistem biner, yakni dua bintang yang mengorbit satu sama lain. Pertemuan dekat dengan lubang hitam mungkin memisahkan pasangan tersebut dan membuat salah satu bintang terikat pada lubang hitam.
Dalam penjelasan itu, bintang yang tertangkap mengikuti orbit elips dengan eksentrisitas sangat tinggi. Eksentrisitas menggambarkan seberapa lonjong sebuah orbit: orbit yang nyaris melingkar menjaga objek pada jarak yang relatif tetap, sedangkan orbit yang sangat lonjong membawanya jauh sebelum kembali mendekat.
Setiap lintasan dekat kemudian dapat membuat bintang itu mengalami gaya pasang surut yang kuat, mengikis lebih banyak materi dan menghasilkan semburan lain. Ini memberikan penjelasan fisik tentang bagaimana sebuah bintang dapat selamat dari satu pertemuan, lalu kembali kehilangan materi.
Asal-usul dari sistem biner dan orbit yang diajukan masih merupakan penafsiran tim terhadap hasil pengamatan. Pengumuman tersebut tidak menyebutkan tanggal pasti untuk semburan berikutnya. Pemantauan berkelanjutan memungkinkan astronom mencari aktivitas lanjutan dan membandingkan setiap peristiwa mendatang dengan dua peristiwa sebelumnya.
Dampaknya bagi studi gangguan bintang
AT 2022dbl menghadirkan tantangan praktis bagi astronom yang mengklasifikasikan peristiwa semacam ini: semburan akibat gangguan parsial bintang dapat tampak seperti TDE biasa. Para peneliti mengatakan bahwa perilaku setiap peristiwa tidak dapat dibedakan dari peristiwa pada umumnya.
Karena itu, studi yang hanya mengamati satu semburan mungkin memasukkan bintang yang masih bertahan ke dalam kelompok objek yang dianggap mengalami satu kali gangguan. USTC menyatakan bahwa penelitian mengenai TDE optik sebagian besar mengabaikan gangguan parsial berulang, sementara penemuan ini menunjukkan bahwa peristiwa semacam itu mungkin lebih umum daripada yang diperkirakan sebelumnya.
Perbedaan ini penting saat peneliti menghitung jumlah peristiwa dan mempelajari bagaimana bintang kehilangan materi di dekat lubang hitam. Populasi yang mencakup bintang-bintang yang berulang kali kembali memiliki riwayat berbeda dari populasi yang setiap semburannya mewakili pertemuan terakhir sebuah bintang. AT 2022dbl memberi peneliti contoh konkret untuk dikaji saat meninjau kembali perhitungan dan model fisik tersebut.
Strategi pengamatan juga sama pentingnya. Pemeriksaan rutin terhadap objek yang sudah diketahui dapat mengungkap aktivitas yang mungkin terlewat jika hanya mengandalkan pengamatan saat penemuan. Dalam kasus ini, gabungan pengukuran kecerlangan berkelanjutan, respons cepat, dan spektroskopi menghasilkan bukti utama.
Tim peneliti dan pencarian contoh lain
Penulis pertama makalah tersebut adalah mahasiswa doktoral USTC Zheyu Lin, yang dibimbing bersama oleh Profesor Xu Kong dan Associate Researcher Ning Jiang. Jiang, Profesor Tinggui Wang, dan Kong merupakan penulis korespondensi. Lembaga yang berkolaborasi mencakup National Astronomical Observatories of the Chinese Academy of Sciences, Wuhan University, Hiroshima University, Kyoto University, dan Indian Institute of Astrophysics.
Proyek ini mendapat dukungan dari berbagai organisasi, termasuk National Natural Science Foundation of China, Ministry of Science and Technology, Chinese Academy of Sciences, program penerbangan antariksa berawak China, Tang Foundation, dan otoritas Provinsi Anhui.
Para peneliti berharap dapat menggunakan Wide Field Survey Telescope, atau WFST, yang juga dikenal sebagai Mozi Survey Telescope, untuk menemukan lebih banyak peristiwa seperti AT 2022dbl. USTC dan Purple Mountain Observatory bersama-sama mengembangkan teleskop tersebut, dan peristiwa gangguan pasang surut termasuk sasaran utama penelitiannya.
Penemuan lebih banyak contoh akan memberi astronom lebih banyak bintang dan semburan untuk dibandingkan. AT 2022dbl menunjukkan pentingnya menggabungkan pencarian peristiwa baru dengan pemantauan berkelanjutan terhadap objek yang sudah diketahui: objek yang telah meredup mungkin masih memiliki peristiwa lain yang dapat diamati.
Poin Utama
- Para peneliti USTC mendeteksi peningkatan kecerlangan kembali dari AT 2022dbl pada Januari 2024.
- Spektrum yang serupa dari dua semburan mendukung kesimpulan bahwa sebuah lubang hitam mengikis materi dari bintang yang sama sebanyak dua kali.
- Tim menyebutnya sebagai peristiwa gangguan pasang surut parsial berulang pertama yang dikonfirmasi melalui spektroskopi.
- Swift, LCOGT, dan teleskop Hale di Palomar menyediakan pengamatan terhadap semburan kedua.
- Studi tersebut diterbitkan pada 9 Agustus 2024 di The Astrophysical Journal Letters.
- Para peneliti mengajukan dugaan bahwa bintang yang tertangkap berada pada orbit lonjong dan berencana mencari contoh lain menggunakan WFST.
