Quasar adalah salah satu objek paling terang di alam semesta yang diketahui. Mereka ditemukan di inti galaksi jauh dan ditenagai oleh lubang hitam supermasif. Gas berputar ke dalam lubang hitam ini dengan kecepatan tinggi. Gesekan menghasilkan sejumlah besar cahaya. Beberapa quasar mengungguli setiap bintang di galaksi asalnya. Kecerahan ini memungkinkan para astronom untuk melihatnya dari jarak miliaran tahun cahaya.
Apa Sebenarnya Quasar Itu?
Quasar adalah wilayah kompak di pusat galaksi. Ini memancarkan energi dalam jumlah besar. Energi ini berasal dari pertambahan. Materi jatuh ke dalam lubang hitam supermasif. Proses ini melepaskan lebih banyak energi daripada fusi nuklir. Hal ini membuat quasar menjadi sangat terang. Mereka adalah sumber cahaya yang berbentuk titik. Teleskop awal tidak dapat menyelesaikannya. Mereka tampak seperti bintang. Oleh karena itu dinamakan “sumber radio kuasi-bintang”. Hari ini kita tahu mereka bukanlah bintang. Mereka adalah inti galaksi yang aktif.
Bagaimana Quasar Ditemukan?
Quasar pertama kali diidentifikasi pada tahun 1960an. Para astronom menggunakan teleskop radio untuk mendeteksi emisi yang kuat. Sumber-sumber ini tidak cocok dengan bintang mana pun yang diketahui. Spektrum mereka menunjukkan pergeseran merah yang besar. Ini menandakan jarak mereka sangat jauh. Pergeseran merah menyiratkan jarak yang sangat jauh. Namun mereka cerdas. Ini membingungkan. Bagaimana mungkin sesuatu sejauh ini bisa begitu cemerlang? Jawabannya terletak pada lubang hitam. Keluaran energinya sangat besar.
Mengapa Quasar Penting?
Quasar membantu kita memahami alam semesta awal. Mereka ada pada jarak yang sangat jauh. Cahaya dari quasar membutuhkan waktu miliaran tahun untuk mencapai kita. Kita melihat mereka sebagaimana adanya di masa lalu. Ini memberikan gambaran tentang alam semesta muda. Quasar juga mengungkap pertumbuhan lubang hitam. Mereka menunjukkan bagaimana galaksi berevolusi. Interaksi antara lubang hitam dan galaksi induknya adalah kuncinya. Quasar adalah penanda proses ini.
Dimana Kita Dapat Menemukan Quasar?
Quasar ditemukan di pusat galaksi. Mereka tersebar di langit. Teleskop seperti Hubble dan James Webb mendeteksinya. Mereka terlihat dalam survei luar angkasa. Lokasi mereka membantu memetakan alam semesta. Quasar tidak berada di dekat Bima Sakti kita. Mereka jauh. Quasar terdekat yang diketahui masih jauh. Letaknya miliaran tahun cahaya dari Bumi.
Quasar Mana yang Paling Terang?
Beberapa quasar sangat terang. Mereka bisa mengungguli seluruh galaksi induknya. Hal ini membuat mereka terlihat bahkan pada jarak yang ekstrim. Quasar paling terang memiliki luminositas triliunan matahari. Mereka termasuk objek terjauh yang dapat diamati. Kecerahannya memungkinkan studi mendetail. Para astronom dapat menganalisis spektrumnya. Ini mengungkapkan komposisi lingkungannya.
Bagaimana Quasar Mempengaruhi Galaksi Inangnya?
Quasar mempengaruhi galaksi tuan rumah mereka. Keluaran energi tersebut dapat mendorong gas keluar dari galaksi. Hal ini dapat menghentikan pembentukan bintang. Quasar mengatur pertumbuhan galaksi. Mereka adalah bagian dari putaran umpan balik. Lubang hitam dan galaksi berevolusi bersama. Studi tentang quasar membantu kita memahami hubungan ini. Ini adalah bidang utama astronomi modern.
Masa Depan Penelitian Quasar
Teleskop baru meningkatkan pandangan kita. Teleskop Luar Angkasa James Webb mendeteksi quasar yang lebih redup. Ia melihat lebih jauh ke masa lalu. Hal ini memungkinkan
Mengapa Quasar Terlihat Seperti Bintang (Padahal Sebenarnya Tidak)
Nama ini berasal dari sedikit kebingungan astronomi. Pada tahun 1950-an, para peneliti memindai langit untuk mencari sinyal radio. Sebagian besar sumber sejajar dengan galaksi normal. Beberapa tidak.
Pencilan ini berada di dekat bidang Bima Sakti. Mereka tampak seperti bintang biru redup. Beberapa memiliki lingkaran cahaya kabur. Sekilas teleskop tidak dapat membedakannya dari bintang biasa.
Jadi mereka mendapat nama yang kikuk. Sumber radio kuasi-bintang. Disingkat menjadi quasar pada tahun 1964.
Labelnya menempel. Itu menggambarkan seperti apa rupa mereka. Bukan siapa mereka dulu.
Misteri Lingkaran Cahaya Biru
Lingkaran cahaya kabur itu bukan sekadar gangguan visual. Mereka mengisyaratkan sesuatu yang lebih besar. Sesuatu yang lebih cerah.
Quasar ditenagai oleh lubang hitam supermasif. Mereka berada di pusat galaksi yang jauh. Cahaya yang kita lihat adalah piringan akresi. Halo adalah galaksi tuan rumah. Namun teleskop awal hanya melihat inti terangnya.
Itu tampak seperti bintang. Itu bertindak seperti bintang. Ternyata tidak.
Bagaimana Kami Menemukannya
Ketika para astronom menyadari bahwa quasar bukanlah bintang, mereka melihat lebih dekat. Pengukuran pergeseran merah menunjukkan jarak mereka sangat jauh. Jika mereka secemerlang itu pada jarak sejauh itu, mereka pasti sangat energik.
Nama itu keliru. Objeknya adalah jantung galaksi. Namun istilah “quasar” tetap bertahan. Ini lebih mudah daripada mengatakan “inti galaksi aktif ultra-bercahaya.”
Kami masih menggunakan nama lama. Untuk bintang biru itu bukan bintang.
Misteri Pergeseran Merah dan Skala Quasar
Spektrum optik objek aneh mirip bintang ini tidak masuk akal. Garis emisi muncul pada panjang gelombang yang tidak sesuai dengan sumber angkasa mana pun yang diketahui. Ini adalah teka-teki yang membingungkan para astronom hingga Maarten Schmidt, seorang astronom Belanda-Amerika, memecahkannya pada tahun 1963. Ia menyadari bahwa pola dalam 3C 273—quasar paling terang yang diketahui—sebenarnya adalah atom hidrogen yang diregangkan oleh ekspansi kosmik. Pergeseran merahnya adalah 0,158. Itu berarti setiap panjang gelombang 1,158 kali lebih panjang dari pengukuran laboratorium.
Terapkan hukum Hubble, dan Anda akan mendapatkan jarak lebih dari dua miliar tahun cahaya. Itu jauh. Gugus galaksi terang terdapat pada jarak yang sama. Tapi 3C 273? Cahayanya melebihi galaksi-galaksi paling terang di gugus-gugus tersebut dengan faktor 100. Belum pernah ada galaksi secerah ini yang pernah terlihat sejauh ini.
Masalah Kepadatan
Pengamatan yang berkelanjutan membawa kejutan yang lebih aneh lagi. Kecerahan quasar berfluktuasi secara liar dalam skala waktu yang hanya beberapa hari. Fisika menyatakan bahwa suatu benda tidak dapat berubah kecepatannya lebih cepat daripada kecepatan cahaya yang melintasinya. Jadi, ukuran total quasar tidak boleh lebih besar dari beberapa hari cahaya.
Kompak. Bercahaya. Mustahil.
Jika sesuatu sekecil dan seterang itu, tekanan radiasi internal akan menghancurkannya. Satu-satunya hal yang menghentikan ledakan yang merusak diri sendiri adalah gravitasi. Untuk dapat bertahan melawan silaunya sendiri, sebuah quasar harus berukuran masif. Setidaknya satu juta massa matahari. Ini adalah batas Eddington, yang diambil dari nama Arthur Eddington. Ini adalah titik kritis di mana tekanan radiasi ke luar menyeimbangkan tarikan gravitasi ke dalam.
Jadi para astronom menghadapi teka-teki. Bagaimana sebuah benda seukuran tata surya kita bisa berbobot satu juta bintang dan lebih cemerlang dari galaksi yang terdiri dari 100 miliar bintang?
Pertambahan dan Akhir Kontroversi
Jawabannya muncul segera setelah penemuan Schmidt. Secara independen, astronom Rusia Yakov Zel’dovich dan Igor Novikov, ditambah Edwin Salpeter yang berkebangsaan Austria-Amerika, mengusulkan solusi yang sama: akresi secara gravitasi ke dalam lubang hitam supermasif.
Beberapa astronom membencinya. Gagasan tentang luminositas tinggi di ruang sekecil itu sungguh tidak menyenangkan. Mereka mengusulkan alternatif. Teori-teori ini berpendapat bahwa quasar sebenarnya tidak berada pada jarak yang sangat jauh. Pergeseran merah mereka tidak bersifat kosmologis. Penafsiran alternatif ini telah didiskreditkan. Masih ada beberapa penganutnya, tetapi mereka adalah orang-orang yang asing.
Kontroversi pergeseran merah berakhir pada awal tahun 1980an. Astronom Amerika Todd Boroson dan John Beverly Oke yang berkebangsaan Kanada-Amerika membuktikannya. Mereka menunjukkan bahwa lingkaran cahaya kabur yang mengelilingi beberapa quasar hanyalah cahaya bintang dari galaksi induknya. Dan galaksi-galaksi itu? Mereka berada pada pergeseran merah yang tinggi. Jaraknya nyata.
Dari Sumber Radio hingga QSO
Pada tahun 1965, menjadi jelas bahwa quasar hanyalah puncak gunung es. Mereka adalah bagian dari populasi yang lebih besar dari sumber-sumber biru yang luar biasa. Sebagian besar merupakan sumber radio yang lemah, terlalu redup untuk survei awal. Kelompok yang lebih luas ini memiliki semua sifat quasar kecuali luminositas radio ekstrem. Mereka diberi nama objek kuasi-bintang, atau QSO.
Sejak tahun 1980-an, para astronom telah memandang QSO sebagai variasi luminositas tinggi dari kelas yang lebih besar: inti galaksi aktif, atau AGN. Versi luminositas rendah adalah galaksi Seyfert, dinamai Carl K. Seyfert, yang pertama kali mengidentifikasinya pada tahun 1943.
Menemukan Quasar Secara Efisien
Quasar pertama ditemukan sebagai sumber radio. Namun para astronom segera menyadari bahwa mereka dapat menemukannya lebih cepat dengan mencari objek yang lebih biru dari bintang normal. Metodenya sangat mudah. Memotret area langit yang luas melalui dua atau tiga filter warna berbeda. Bandingkan gambarnya. Temukan objek berwarna biru yang tidak biasa. Verifikasi dengan spektroskopi.
Ini tetap menjadi teknik utama. Tentu saja, hal ini telah berkembang. Film digantikan oleh perangkat yang dilengkapi muatan elektronik (CCD). Survei diperluas ke panjang gelombang inframerah. Beberapa filter sekarang mengisolasi quasar pada pergeseran merah berbeda dalam berbagai kombinasi.
Ada cara lain juga. Mencari sumber mirip bintang dengan variasi kecerahan tidak teratur. Survei sinar-X dari luar angkasa. Tingkat emisi sinar-X yang tinggi dianggap sebagai indikator pasti dari bertambahnya sistem lubang hitam.
Struktur Fisik Quasar
Bayangkan betapa besarnya skala mesin di jantung quasar. Kita berbicara tentang lubang hitam dengan massa berkisar antara satu juta hingga beberapa miliar kali massa Matahari kita. Monster-monster ini duduk dengan tenang di tengah banyak galaksi besar. Tapi saat mereka makan, mereka bersinar.
Di sekitar 5 hingga 10 persen galaksi ini, keadaan menjadi kacau. Gas jatuh ke dalam sumur gravitasi lubang hitam. Ini menambah kecepatan. Itu menumpuk. Gesekan dan panas mengubah materi yang jatuh ini menjadi pijar, membentuk piringan akresi yang berputar cepat tepat di luar cakrawala peristiwa.
Ada batasan yang jelas mengenai seberapa cepat lubang hitam dapat memakan sesuatu. Ini disebut batas Eddington. Jika lubang hitam mengumpulkan materi terlalu cepat, panas yang dihasilkan akan menciptakan tekanan radiasi ke luar yang sangat besar sehingga membuat gas yang masuk terhempas. Pemberian makan berhenti. Alam memberlakukan batas kecepatan pada kerakusan.
Jadi, apa yang membuat inti atom “aktif”? Sebagian besar galaksi besar—90 hingga 95 persen di antaranya—saat ini sepi. Mereka bukanlah quasar. Inti galaksi yang aktif berbeda karena lubang hitamnya aktif memakan. Ia melahap beberapa materi bermassa matahari setiap tahunnya. Jika ia mengonsumsi sekitar 1 persen atau lebih dari laju Eddington, keluaran energinya akan sangat mencengangkan. Kita berbicara tentang luminositas total sekitar 10^39 watt. Bandingkan dengan Matahari yang berukuran 4 × 10^26 watt. Perhitungannya brutal.
Anatomi Quasar
Selain lubang hitam dan piringan bercahaya, quasar memiliki interior yang rumit. Tepat di luar piringan akresi, Anda menemukan awan gas bergerak dengan kecepatan yang sangat tinggi. Awan ini mengorbit struktur bagian dalam, menyerap radiasi berenergi tinggi dari piringan. Mereka memprosesnya kembali, memancarkan garis spektrum luas hidrogen dan atom terionisasi lainnya. Garis-garis ini adalah sidik jari quasar.
Lebih jauh lagi, sebagian besar masih berada di bidang piringan akresi, terdapat awan gas yang dipenuhi debu. Mereka dapat mengaburkan quasar itu sendiri, menyembunyikan mesin pusat dari pandangan tergantung pada sudut pandang Anda.
Lalu ada jet. Beberapa quasar menembakkan berkas plasma yang sangat terkolimasi di sepanjang sumbu rotasi. Jet-jet ini bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Mereka memancarkan radiasi melalui sinar-X, radio, dan terkadang panjang gelombang optik. Ini adalah mercusuar kosmik, yang menyapu pancaran energi ke seluruh alam semesta.
Mengapa Orientasi Itu Penting
Struktur kompleks ini berarti kemunculan quasar bergantung sepenuhnya pada sudut pandang Anda. Secara khusus, ini bergantung pada sudut sumbu rotasi piringan akresi relatif terhadap garis pandang Anda.
Jika Anda melihat ke bawah laras jet, Anda akan melihat sesuatu yang sangat berbeda dibandingkan jika Anda melihat piringan dari tepi. Piringan akresi, awan garis emisi, dan jet menjadi lebih atau kurang menonjol berdasarkan geometri ini. Kita mengamati berbagai macam fenomena, namun secara fisik, banyak dari sumber-sumber tersebut serupa. Kami hanya melihatnya dari sudut yang berbeda.
Evolusi quasar
Mengapa Kita Melihat Lebih Banyak Quasar di Alam Semesta Awal
Alam semesta tidak selalu setenang ini. Saat kita melihat ke kedalaman kosmos, kita melihat ke masa lalu. Karena cahaya membutuhkan waktu untuk mencapai kita, objek pada jarak yang lebih jauh akan terlihat seperti miliaran tahun yang lalu. Inilah sebabnya kepadatan jumlah quasar melonjak drastis seiring dengan pergeseran merah. Bukan hanya karena jumlahnya jauh lebih banyak. Hanya saja hal ini lebih umum terjadi di masa lalu.
Tren ini mencapai puncaknya ketika alam semesta berusia sekitar tiga miliar tahun. Itu kira-kira sepuluh miliar tahun setelah big bang. Sebelumnya, populasinya masih terus bertambah. Quasar terjauh yang kita ketahui terbentuk kurang dari satu miliar tahun setelah permulaan segala sesuatu.
Sifat Episodik dari Pesta Lubang Hitam
Quasar individu bukanlah suatu benda yang bersifat permanen. Mereka muncul ketika lubang hitam di pusat mulai memakan gas dengan sangat cepat. Hal ini sering terjadi setelah penggabungan galaksi. Lubang hitam semakin besar. Itu bersinar. Tapi itu tidak bertahan lama.
Aktivitas quasar bersifat episodik. Satu episode mungkin berlangsung sekitar satu juta tahun. Total seumur hidup? Sekitar sepuluh juta tahun. Itu adalah sekejap dalam waktu kosmik. Akhirnya, pemberian makan berhenti. Lubang hitam menjadi tidak aktif. Ia bersembunyi di tengah galaksi besar, menunggu.
Siklus hidup ini bergerak paling cepat pada lubang hitam terberat. Mereka menyala terang dan mati muda. Lubang hitam yang lebih kecil memerlukan waktu. Saat ini, inti galaksi aktif (AGN) yang kita lihat sebagian besar adalah galaksi Seyfert dengan luminositas rendah dengan lubang hitam yang lebih kecil. Para raksasa sudah tertidur.
Bagaimana Lubang Hitam Mengontrol Inangnya
Ada hubungan erat antara massa lubang hitam dan massa galaksi induknya. Aneh karena lubang hitam berukuran kecil dibandingkan galaksi. Jumlahnya hanya sekitar 0,1 persen dari total massa. Namun, galaksi ini memegang kunci masa depan galaksi.
Selama fase quasar, lubang hitam melepaskan radiasi yang kuat. Hal ini mendorong arus keluar massal. Itu menembakkan jet. Kekuatan-kekuatan ini memanaskan medium antarbintang. Mereka bahkan dapat mengeluarkan seluruh gas dari galaksi.
Hal ini mempunyai dua dampak besar. Pertama, menghentikan pembentukan bintang. Tanpa gas, bintang-bintang baru tidak dapat dilahirkan. Kedua, hal ini menghambat pasokan bahan bakar quasar itu sendiri. Lubang hitam kelaparan. Massa bintang dan massa lubang hitam membeku di tempatnya. Galaksi dan monster pusatnya tumbuh bersama.
