Astronom India Identifikasi Galaksi Radio Pertama dengan Empat Siklus Aktivitas Lubang Hitam

Empat generasi jet dalam satu galaksi raksasa

Sebuah galaksi yang membentang sekitar 4,2 juta tahun cahaya menyimpan bukti empat episode aktivitas terpisah di sekitar lubang hitam supermasif di pusatnya. Hal ini memberi para astronom catatan yang sangat panjang tentang mesin kosmik yang berhenti beroperasi lalu kembali aktif.

Peneliti dari Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Pune dan National Centre for Radio Astrophysics (NCRA-TIFR) mengidentifikasi empat pasang fitur radio terang di galaksi berbentuk S J023721.13-010528.5. Setiap pasangan berkaitan dengan generasi jet yang berbeda, yakni aliran partikel berenergi tinggi yang kuat dan terlontar dari wilayah sekitar lubang hitam.

Tim menyebutnya sebagai galaksi radio pertama yang diketahui menunjukkan bukti empat episode semacam itu. Dari puluhan ribu galaksi radio yang telah diteliti para astronom, sebagian besar menunjukkan satu periode utama aktivitas jet. Sebelumnya, hanya enam galaksi yang teridentifikasi memiliki bukti tiga episode.

Penelitian ini dipimpin Pavan Khadekar, mahasiswa doktoral di IISER Pune, dengan bimbingan Dharam Vir Lal dari NCRA-TIFR dan Ramana Athreya dari IISER Pune. Temuannya dilaporkan telah diterbitkan di The Astrophysical Journal pada 21 Oktober 2026.

Apa yang dimaksud dengan siklus aktivitas lubang hitam?

Massa lubang hitam supermasif dapat mencapai jutaan atau miliaran kali massa Matahari. Materi yang berkumpul di sekitarnya dapat membentuk aliran panas yang berputar. Sebagian energi yang dilepaskan di wilayah sekeliling ini dapat menggerakkan jet yang melaju jauh melampaui bagian galaksi induk yang tampak.

Para astronom menyebut sebuah galaksi sebagai galaksi radio ketika struktur yang berkaitan dengan aktivitas ini bersinar kuat pada panjang gelombang radio. Teleskop radio mendeteksi radiasi tersebut dan mengungkap fitur yang mungkin luput dari foto biasa yang diambil dengan cahaya tampak.

Jet dapat tetap aktif selama jutaan tahun sebelum meredup. Aktivitas yang dimulai kembali kemudian dapat meluncurkan sepasang jet baru, sementara struktur yang lebih tua masih terdeteksi lebih jauh dari pusat. Karena itu, sebuah galaksi dapat menyimpan beberapa generasi aktivitas sekaligus, seperti jejak-jejak berurutan di suatu bentang alam yang merekam peristiwa dari masa berbeda.

Temuan utama pada J023721.13-010528.5 adalah keberadaan empat generasi dalam sistem yang sama. Lubang hitam tetap berada di tempatnya selama episode-episode ini; yang berubah adalah aktivitas materi di sekitarnya dan jet yang digerakkannya.

Bagaimana tim merekonstruksi sejarah galaksi

Khadekar dan rekan-rekannya menggabungkan pengamatan dari Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) di India, Very Large Array di Amerika Serikat, dan teleskop MeerKAT di Afrika Selatan. Pengamatan gabungan ini memungkinkan tim meneliti struktur radio galaksi yang luas dan membedakan fitur-fitur yang berkaitan dengan episode berbeda.

Bukti utama yang ditemukan adalah empat pasang titik panas. Titik panas adalah wilayah terang yang berkaitan dengan jet, biasanya di lokasi aliran cepat menyalurkan energi ke materi di sekitarnya. Wilayah ini membantu para astronom menelusuri perjalanan jet dan interaksinya dengan lingkungan sekitar.

Empat pasang berarti ada delapan wilayah terang yang tersusun dalam empat kelompok terkait. Pengelompokan ini penting karena jet biasanya muncul dalam arah berlawanan dari wilayah pusat. Para peneliti menafsirkan keempat kelompok tersebut sebagai bukti generasi yang terpisah, bukan satu episode berkelanjutan.

Athreya awalnya belum yakin bahwa galaksi itu telah memasuki fase aktivitas keempat, meskipun Lal bersikeras. Menurutnya, perlu waktu untuk memperoleh bukti yang meyakinkan. Ketelitian ini menjadi bagian penting dari temuan tersebut: untuk mengidentifikasi generasi keempat, tim harus memastikan bagaimana struktur yang teramati saling berkaitan.

Sejarah yang diukur dalam jutaan tahun

Perkiraan usia yang terkait dengan generasi titik panas berkisar antara sekitar enam juta hingga 21 juta tahun. Para peneliti juga memperkirakan episode aktivitas terbaru dimulai beberapa juta tahun lalu. Perkiraan ini menggambarkan sejarah yang direkonstruksi dari emisi radio galaksi, bukan perubahan yang diamati berlangsung selama hidup manusia.

Urutan umumnya sebagai berikut:

• Sekitar 21 juta tahun lalu: batas usia tertua dalam rentang perkiraan yang terkait dengan generasi jet yang diamati.
• Sekitar enam juta tahun lalu: batas usia termuda dalam rentang perkiraan tersebut.
• Beberapa juta tahun lalu: perkiraan awal episode aktivitas keempat dan terbaru.
• 21 Oktober 2026: tanggal publikasi temuan tersebut di The Astrophysical Journal.

Angka-angka tersebut mencakup rentang sekitar 15 juta tahun antara batas usia tertua dan termuda yang disebutkan. Rentang ini memberi gambaran tentang panjangnya catatan tersebut, meskipun para peneliti belum menyusun garis waktu lengkap untuk setiap aktivitas yang dimulai kembali maupun jeda di antaranya.

Para astronom memperkirakan usia struktur radio berdasarkan sifat fisiknya dan model evolusinya. Partikel berenergi tinggi berubah seiring memancarkan radiasi dan bergerak, meninggalkan petunjuk dalam sinyal radio. Usia yang dihasilkan merupakan perkiraan, sehingga urutannya paling tepat dipahami dalam skala jutaan tahun.

Mengapa empat episode membuat galaksi ini tidak biasa

J023721.13-010528.5 menambahkan bab keempat pada jenis sejarah yang bahkan jarang dapat ditelusuri para astronom hingga tiga episode. Enam galaksi yang sebelumnya teridentifikasi memiliki tiga episode menjadi contoh aktivitas berulang; objek ini memperpanjang urutan yang teramati dengan satu generasi tambahan.

Skala galaksi ini membuat catatan tersebut semakin mencolok. Satu tahun cahaya adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam satu tahun, sehingga rentang 4,2 juta tahun cahaya berarti cahaya membutuhkan sekitar 4,2 juta tahun untuk melintasinya. Dalam kasus ini, ukuran yang disebutkan merujuk pada galaksi raksasa beserta struktur radionya.

Bentuknya yang menyerupai huruf S merupakan bagian lain dari geometri yang teramati. Penelitian ini mengidentifikasi bentuk tersebut bersama beberapa pasang titik panas, tetapi penyebab lengkungannya belum dipastikan dalam laporan penemuan. Menjelaskan bentuk dan merekonstruksi siklus aktivitas merupakan dua tugas terkait yang memerlukan pengamatan terhadap susunan fitur radio.

Nilai ilmiahnya terletak pada terpeliharanya episode-episode berurutan di sekitar mesin pusat yang sama. Para peneliti dapat membandingkan generasi-generasi itu dalam satu galaksi, yang memiliki galaksi induk dan lingkungan sekitar yang sama, alih-alih sepenuhnya mengandalkan perbandingan antarobjek berbeda.

Apakah jet-jetnya menjadi lebih lemah atau lebih pendek?

Para peneliti menduga jet mungkin kehilangan daya, tetap aktif dalam waktu lebih singkat, atau mengalami kedua hal itu pada setiap episode berikutnya. Empat generasi memberi lebih banyak kesempatan untuk mengkaji kemungkinan tersebut dibandingkan galaksi yang hanya menunjukkan satu aktivitas yang dimulai kembali.

Daya dan durasi menggambarkan hal berbeda. Jet yang dayanya lebih rendah menyalurkan energi dengan laju lebih lambat. Episode yang lebih singkat menyalurkan energi dalam waktu lebih sedikit. Kedua perubahan itu dapat memengaruhi struktur yang tertinggal, sementara gas di sekitarnya juga dapat memengaruhi cara jet mengembang dan meredup.

Dengan demikian, dugaan tersebut berkaitan dengan kemungkinan perubahan keluaran lubang hitam dalam episode-episode berulang. Penemuan ini menyediakan suatu sistem bagi para peneliti untuk mengkaji pola tersebut, dengan sisa-sisa aktivitas lama dan struktur yang lebih baru tersedia untuk dibandingkan.

Penyebab aktivitas berulang kali berhenti dan dimulai kembali masih belum diketahui. Materi yang mencapai wilayah pusat memasok proses yang menggerakkan jet, sehingga perubahan pasokan tersebut relevan untuk memahami siklusnya. Untuk memastikan apa yang terjadi di galaksi ini, diperlukan penelitian lebih lanjut terhadap struktur radio dan lingkungannya.

Tiga observatorium, satu catatan bersama

Penemuan ini menggabungkan pengamatan dari instrumen di tiga benua. Berbagai pengamatan radio dapat membantu peneliti mengkaji fitur terang yang kompak sekaligus emisi luas yang jauh lebih redup. Untuk galaksi dengan beberapa generasi aktivitas, mendeteksi kembali jejak-jejak lama itu sangat penting untuk merekonstruksi sejarahnya.

Khadekar, peneliti doktoral IISER Pune yang memimpin studi ini, menjelaskan bagaimana akses ke data observatorium mendukung penelitian tersebut:

"Banyak teleskop radio menyediakan data mereka secara gratis bagi peneliti di seluruh dunia. Filosofi kolaboratif observatorium ini memungkinkan penelitian yang lebih menyeluruh dan pemanfaatan data yang lebih efisien; ilmuwan berbeda dapat menggunakan pengamatan yang sama untuk mengeksplorasi gagasan yang berbeda," kata Khadekar.

Perpaduan pengamatan GMRT, Very Large Array, dan MeerKAT menggambarkan pendekatan tersebut. Pengamatan radio yang dikumpulkan untuk satu penelitian juga dapat memuat bukti yang berguna bagi penelitian lain, termasuk struktur redup yang baru terlihat penting saat dikaji bersama data lain.

Penelitian lebih lanjut terhadap galaksi serupa dapat membantu menentukan seberapa sering aktivitas berulang terjadi dan apakah jet yang muncul kemudian biasanya menjadi lebih lemah atau lebih singkat. Untuk saat ini, J023721.13-010528.5 menjadi kasus langka dengan empat generasi yang dapat diteliti, memperpanjang sejarah aktivitas lubang hitam berulang yang teramati melampaui contoh-contoh yang diketahui sebelumnya.

Poin Utama

• Peneliti dari IISER Pune dan NCRA-TIFR mengidentifikasi galaksi radio pertama yang diketahui memiliki bukti empat episode aktivitas lubang hitam terpisah.
• Galaksi berbentuk S J023721.13-010528.5 membentang sekitar 4,2 juta tahun cahaya.
• Empat pasang titik panas menelusuri generasi jet yang berbeda, dengan perkiraan usia antara enam juta hingga 21 juta tahun.
• Episode terbaru tampaknya dimulai beberapa juta tahun lalu.
• Tim menggabungkan pengamatan dari GMRT di India, Very Large Array di Amerika Serikat, dan teleskop MeerKAT di Afrika Selatan.
• Para peneliti menduga jet yang muncul kemudian mungkin menjadi lebih lemah atau tetap aktif dalam waktu lebih singkat. Penyebab aktivitas yang berulang kali berhenti dan dimulai kembali masih belum diketahui.