XRISM Menemukan Aliran Panas di Bagian Dalam yang Mungkin Menggerakkan Jet Kuat Lubang Hitam

Lubang hitam yang melahap materi dengan cepat mengungkap batas penting di bagian dalam

Sebuah lubang hitam supermasif yang berjarak sekitar 420 juta tahun cahaya mungkin memperoleh jet kuatnya akibat perubahan bentuk dan suhu materi yang jatuh ke arahnya. Pengamatan galaksi 3C 120 menunjukkan bahwa cakramnya yang relatif dingin dan pipih berakhir sebelum mencapai lubang hitam, menyisakan wilayah bagian dalam berisi plasma yang jauh lebih panas dan menjadi tempat medan magnet kuat dapat terkumpul.

Tim yang dipimpin Associate Professor Hirofumi Noda dari Universitas Tohoku dan Associate Professor Kazuhiro Hada dari Universitas Kota Nagoya menggabungkan pengamatan dari Misi Pencitraan dan Spektroskopi Sinar-X Jepang, yang dikenal sebagai XRISM, dengan pengukuran dari tiga jaringan teleskop radio internasional. Secara bersama-sama, instrumen-instrumen tersebut menghubungkan struktur materi yang masuk dengan jet sempit yang muncul di dekat lubang hitam.

Temuan yang diterbitkan dalam The Astrophysical Journal Letters pada 19 Oktober 2026 ini menjawab sebuah teka-teki: bagaimana lubang hitam dapat melahap materi dengan cepat sekaligus melontarkan aliran plasma kuat yang bergerak hampir secepat cahaya? Jenis cakram yang diperkirakan terbentuk saat lubang hitam melahap materi dengan cepat dianggap kurang cocok untuk mengumpulkan medan magnet yang dibutuhkan dalam proses tersebut.

Pengumuman penelitian Universitas Tohoku yang dirilis pada 20 Oktober menguraikan kemungkinan jawabannya. Cakram bagian luar yang lebih dingin beralih menjadi aliran panas di bagian dalam, menciptakan kondisi yang memungkinkan medan magnet menyerap energi dari rotasi lubang hitam dan menyalurkannya ke dalam jet.

Mengapa 3C 120 menjadi teka-teki

3C 120 terletak di arah rasi bintang Taurus. Lubang hitam di pusatnya bermassa sekitar 60 juta kali massa Matahari dan sekaligus melahap materi di sekitarnya dengan cepat serta menghasilkan jet kuat. Kombinasi ini menjadikannya objek yang berguna untuk meneliti hubungan antara proses pelahapan materi dan pembentukan jet.

Materi yang mendekati lubang hitam biasanya memiliki gerak menyamping, sehingga berputar ke arah dalam dan tidak langsung jatuh. Materi itu berkumpul membentuk cakram akresi, tempat gesekan dan proses lain memanaskannya hingga memancarkan cahaya serta radiasi lainnya. Para astronom mempelajari radiasi tersebut untuk memahami wilayah yang tidak dapat mereka amati secara langsung.

Proses pelahapan materi yang cepat umumnya diperkirakan menghasilkan cakram yang relatif dingin dan tipis secara geometris, yang membentang hingga dekat dengan lubang hitam. Istilah dingin di sini merupakan perbandingan dengan plasma yang jauh lebih panas di dekat pusat. Cakram tipis memiliki ketebalan vertikal yang kecil dibandingkan lebarnya, mirip lembaran pipih.

Kesulitannya terletak pada medan magnet. Salah satu penjelasan utama untuk jet kuat mensyaratkan medan magnet yang kuat di dekat lubang hitam yang berotasi. Cakram tipis diperkirakan sulit mempertahankan struktur medan yang diperlukan. Aliran panas di bagian dalam yang lebih tebal menyediakan kondisi yang lebih mendukung, sehingga lokasi perubahan bentuk cakram menjadi fokus utama penelitian.

XRISM membaca cakram melalui besi

XRISM, misi Badan Eksplorasi Dirgantara Jepang, mendeteksi sinar-X yang dipancarkan besi dalam materi di sekitar lubang hitam 3C 120. Besi memancarkan radiasi pada energi tertentu yang menjadi ciri khasnya, membentuk fitur yang dapat dikenali dan disebut garis emisi dalam spektrum sinar-X. Spektrum memisahkan radiasi berdasarkan energinya.

Garis besi berubah bentuk di dekat lubang hitam. Materi yang bergerak mendekati atau menjauhi pengamat menggeser energi radiasi yang diterima. Gravitasi kuat di dekat lubang hitam juga mengubah energi sinar-X yang lolos. Secara bersama-sama, efek-efek ini memperlebar dan mendistorsi garis tersebut.

Para peneliti menggunakan distorsi itu untuk memperkirakan seberapa jauh ke arah dalam cakram yang relatif dingin membentang. Universitas tersebut menyebutkan bahwa tepi bagian dalamnya berada pada jarak sekitar 20 kali radius lubang hitam. Uraian ilmiahnya menyatakan batas itu berada pada sekitar 20 radius gravitasi, yakni skala jarak yang didasarkan pada massa lubang hitam.

Tim menyimpulkan bahwa di bagian dalam batas tersebut, cakram beralih menjadi aliran panas yang tebal secara geometris. Plasma di sana diperkirakan mencapai suhu ratusan juta derajat. Plasma adalah gas yang elektronnya telah terlepas dari atom, sehingga materinya dapat berinteraksi kuat dengan medan magnet.

Teleskop radio menelusuri jet ke bagian dalam

Pengamatan radio yang dilakukan pada waktu yang hampir bersamaan melengkapi gambaran tersebut. Tim menggunakan Global Millimeter VLBI Array, Very Long Baseline Array, dan East Asian VLBI Network untuk menelusuri jet saat menyempit ke arah lubang hitam.

Jaringan-jaringan ini menggabungkan pengukuran dari teleskop yang terpisah jauh melalui interferometri garis dasar sangat panjang, atau VLBI. Metode ini memungkinkan para astronom membedakan detail yang jauh lebih halus daripada yang dapat diuraikan satu teleskop radio saja. Dalam penelitian ini, metode tersebut membantu mereka mengikuti jet hingga ke titik asalnya.

Berdasarkan bentuk jet, para peneliti memperkirakan radius pangkalnya tidak lebih dari sekitar 10 radius lubang hitam. Interpretasi gabungan mereka menempatkan asal jet di dalam aliran panas bagian dalam yang teridentifikasi melalui pengukuran sinar-X, dekat dengan lubang hitam.

Noda, associate professor Universitas Tohoku yang turut memimpin penelitian ini, menjelaskan pentingnya menggabungkan pengamatan tersebut:

Dengan mengamati lubang hitam yang sama menggunakan teleskop sinar-X dan radio mutakhir, kami dapat melihat plasma panas yang mengelilingi lubang hitam sekaligus jet yang muncul darinya. Hal ini memungkinkan kami menghubungkan secara langsung lingkungan ekstrem di dekat lubang hitam dengan pembentukan jet.

Bagaimana rotasi dapat menyediakan energi bagi jet

Penjelasan yang diajukan tim menghubungkan tiga unsur: lubang hitam yang berotasi, aliran plasma panas yang masuk, dan medan magnet kuat. Cakram bagian luar yang lebih dingin memasok materi. Lebih dekat ke lubang hitam, aliran yang lebih panas dan tebal menyediakan wilayah tempat medan magnet dapat lebih mudah terkumpul.

Medan tersebut kemudian dapat mengambil sebagian energi rotasi lubang hitam dan mengarahkannya ke aliran plasma yang sempit. Penjelasan teoretis utama untuk proses ini disebut mekanisme Blandford-Znajek. Sederhananya, medan magnet menghubungkan lingkungan yang berotasi di dekat lubang hitam dengan materi yang dipercepat ke arah luar.

Dengan demikian, jet memperoleh tenaga di dekat lubang hitam sementara materi lain terus jatuh ke dalam. Sistem ini memiliki dua gerakan yang saling terkait: pasokan materi ke arah dalam dan aliran ke arah luar yang membawa energi ke galaksi sekitarnya.

Untuk 3C 120, para peneliti mengajukan bahwa perubahan dari cakram luar yang tipis menjadi aliran bagian dalam yang tebal membuat kedua gerakan itu dapat berlangsung bersamaan. Struktur medan magnet yang tepat dan cara energi rotasi dipindahkan ke jet masih perlu diteliti lebih lanjut.

Perubahan struktur menghubungkan hasil pengukuran

Judul makalah tersebut, "Disk truncation triggers relativistic jet launching of a highly accreting supermassive black hole," merangkum hubungan yang diajukan. Pemutusan cakram berarti bagian cakram yang lebih dingin dan tipis berakhir sebelum mencapai lubang hitam. Relativistik menggambarkan gerakan yang cukup cepat sehingga teori relativitas Einstein diperlukan untuk memahaminya.

Pengukuran sinar-X menentukan lokasi batas bagian dalam cakram yang lebih dingin itu. Pengukuran radio menelusuri jet ke wilayah di dalam batas tersebut. Jika dibaca bersama, pengamatan ini memberikan penjelasan spasial tentang bagaimana sistem yang melahap materi dengan cepat dapat mempertahankan kondisi yang mendukung terbentuknya jet kuat.

Penjelasan ini lebih spesifik daripada sekadar menemukan cakram dan jet pada objek yang sama. Penelitian tersebut menghubungkan perubahan struktur cakram dengan lokasi awal jet, sehingga materi yang masuk dan keluar tercakup dalam gambaran fisik yang sama.

3C 120 sangat berguna untuk penelitian ini karena melahap materi dengan relatif cepat. Penelitian tersebut membandingkannya dengan galaksi aktif yang melahap materi lebih lemah, seperti M87, tempat aliran panas dan tebal sebelumnya telah membantu mendukung penjelasan magnetik mengenai pembentukan jet. Hasil baru ini memperluas penelitian tersebut ke lingkungan pelahapan materi yang berbeda.

Mengapa hasil ini penting di luar satu galaksi

Jet membawa energi menjauh dari lingkungan langsung lubang hitam supermasif. Saat berinteraksi dengan gas di dalam dan di sekitar galaksi, jet dapat mengubah kondisi pembentukan bintang. Karena itu, memahami mesin di dekat lubang hitam membantu para peneliti mempelajari perubahan yang terjadi pada skala jauh lebih besar.

Temuan tentang 3C 120 memberikan hubungan konkret antara kedua skala tersebut: struktur materi yang masuk mungkin membantu menentukan apakah jet kuat dapat terbentuk. Batas yang dekat dengan lubang hitam dapat memengaruhi cara energi disalurkan hingga jauh ke luarnya.

Tim tengah melakukan pengamatan terkoordinasi lebih lanjut terhadap lubang hitam yang lebih masif menggunakan XRISM dan observatorium radio global. Para peneliti juga berencana membandingkan hasil pengukuran dengan model teoretis dan simulasi komputer untuk menguji seberapa baik geometri yang diajukan menjelaskan perilaku materi dan medan magnet.

Noda menjelaskan tujuan tahap berikutnya:

Tujuan kami berikutnya adalah membangun gambaran yang lebih lengkap tentang interaksi materi, medan magnet, dan rotasi lubang hitam di lingkungan ekstrem ini. Memahami proses tersebut juga dapat membantu kita memahami dengan lebih baik bagaimana lubang hitam supermasif memengaruhi evolusi galaksi dan struktur yang lebih besar di Alam Semesta.

Publikasi dan pengamatan berikutnya

Penelitian ini menggabungkan misi sinar-X Jepang dan jaringan radio yang mencakup beberapa kawasan. Pengukuran yang saling melengkapi menjadi inti metode ini: sinar-X mengungkap kondisi dalam aliran akresi, sedangkan pengamatan radio menelusuri struktur jet.

Rangkaian publikasi dan tindak lanjut yang direncanakan adalah:

• 19 Oktober 2026: The Astrophysical Journal Letters menerbitkan penelitian yang dipimpin Noda dan Hada.
• 20 Oktober 2026: Universitas Tohoku mengumumkan temuan tersebut dan menguraikan pengamatan sinar-X dan radio yang digabungkan.
• Tahap berikutnya: Tim sedang melakukan pengamatan terkoordinasi terhadap lubang hitam yang lebih masif dan membandingkan hasilnya dengan model serta simulasi.

Makalah tersebut memiliki DOI 10.3847/2041-8213/aeaa2c. Rincian publikasi ini juga tercantum dalam pengumuman resmi penelitian. Menerapkan metode pengamatan yang sama pada lubang hitam lain akan membantu tim menguji apakah perubahan struktur yang ditemukan di 3C 120 juga muncul pada sistem yang berbeda.

Poin-poin Utama

• XRISM dan tiga jaringan teleskop radio mengamati 3C 120, yang berjarak sekitar 420 juta tahun cahaya.
• Lubang hitam galaksi tersebut bermassa sekitar 60 juta kali massa Matahari dan melahap materi dengan cepat sambil melontarkan jet kuat.
• Pengukuran sinar-X menunjukkan bahwa cakram tipis yang lebih dingin berakhir sebelum mencapai lubang hitam, lalu beralih menjadi aliran bagian dalam yang jauh lebih panas.
• Pengamatan radio menelusuri asal jet ke wilayah yang ditempati aliran panas tersebut.
• Tim mengajukan bahwa medan magnet yang terkumpul di sana dapat memanfaatkan energi rotasi lubang hitam untuk menggerakkan jet.
• Pengamatan lanjutan akan meneliti lubang hitam yang lebih masif dan menguji penjelasan tersebut menggunakan model teoretis serta simulasi.