Bintang yang tercabik

Bagaimana lubang hitam mencabik bintang yang terlalu dekat, dan menerangi jantung sebuah galaksi

Langkah demi langkah

Sebuah bintang mendekat

Hampir setiap galaksi besar memiliki lubang hitam raksasa di pusatnya. Milik Bima Sakti, Sagitarius A*, bermassa empat juta kali Matahari; yang ini sejuta, massa yang umum di antara lubang hitam yang tertangkap sedang mencabik bintang. Bintang-bintang berkerumun mengitari lubang seperti ini dalam orbitnya masing-masing, dan sesekali dua bintang lewat begitu dekat sehingga salah satunya terlempar ke lintasan yang menukik langsung ke arah lubang.

Lubangnya sendiri kecil untuk massanya. Horizon peristiwanya, permukaan yang dari dalamnya cahaya pun tak bisa keluar, kira-kira empat kali selebar Matahari. Gravitasinya membelokkan cahaya bintang-bintang di belakangnya, itulah sebabnya langit tampak melengkung di sekitar bayangan hitamnya.

Cincin putus-putus adalah radius pasang surut. Di luarnya, gravitasi bintang itu sendiri menjaganya tetap utuh. Di dalamnya, tak ada yang bisa.

Teregang

Lubang itu menarik sisi dekat bintang lebih kuat daripada sisi jauhnya. Di dekat radius pasang surut, perbedaan itu, yakni gaya pasang surut, menjadi sekuat gravitasi bintang itu sendiri, dan bintang pun tertarik memanjang.

Pasang surut bukan hanya milik lubang hitam. Bulan menimbulkannya di lautan Bumi karena menarik sisi Bumi yang menghadapnya lebih kuat. Di sini tarikan berubah begitu tajam terhadap jarak sehingga, di sepanjang lebar sebuah bintang, perbedaannya melampaui gravitasi bintang itu sendiri.

Para astronom menyebutnya spagetifikasi, karena apa pun yang jatuh ke dalam akan ditarik panjang dan tipis. Untuk lubang hitam bermassa sejuta Matahari, bintang seperti Matahari mencapai titik itu sekitar 70 juta km dari lubang: separuh jarak Bumi ke Matahari, dan masih jauh di luar horizon.

Semuanya berlangsung cepat. Melaju puluhan ribu kilometer per detik, bintang hanya butuh sekitar 18 menit dari radius pasang surut sampai titik terdekatnya.

Tercabik

Tidak ada yang meledak. Bintang itu sekadar berhenti menjadi satu kesatuan: gasnya mempertahankan kecepatan yang dimilikinya, tetapi setiap bagiannya berada pada jarak yang sedikit berbeda dari lubang, sehingga masing-masing mengikuti orbit yang sedikit berbeda. Tergencet pipih saat melintas, lalu teregang, bintang itu menjadi aliran yang panjang dan tipis.

Sisi yang lebih dekat ke lubang bergerak sedikit terlalu lambat untuk lolos, dan kini terikat padanya. Sisi yang jauh bergerak sedikit terlalu cepat, dan tidak akan pernah kembali. Perbedaan kecil itu menentukan semua yang terjadi sesudahnya.

Simulasi komputer menunjukkan seluruh bintang terurai dalam beberapa jam saja.

Sungai gas

Dalam beberapa hari aliran itu lebih panjang daripada jarak Bumi ke Matahari. Separuhnya yang terikat, lebih dekat ke lubang, melambat dan akan jatuh kembali; separuh lainnya terbang pergi untuk selamanya.

Aliran itu tetap tipis karena gravitasinya sendiri menahannya dari samping, bahkan ketika ia teregang ribuan kali panjang bintang itu. Gasnya mendingin saat menyebar, sehingga aliran yang sebenarnya redup. Teleskop tidak bisa melihatnya, tetapi simulasi mengikutinya dengan cermat.

Bagaimana gas terbagi ditentukan oleh energi yang dibawa setiap bagian: semakin dekat ke lubang letaknya di dalam bintang, semakin erat ia terikat. Gas yang paling erat terikat berada di orbit yang membawanya sekitar 46 kali jarak Bumi ke Matahari sebelum berbalik.

Cincin putus-putus adalah orbit Bumi, digambar dengan skala yang sama.

Separuhnya terbang pergi

Gas yang lolos membawa separuh massa bintang ke dalam galaksi. Dengan kecepatan ribuan kilometer per detik, ia akan melayang di antara bintang-bintang selama jutaan tahun: busur gas tipis yang dulu adalah sebuah matahari.

Gas yang terikat berada di orbit panjang dan sempit mengitari lubang, seperti komet mengitari Matahari. Gas yang letaknya paling dekat ke lubang memiliki orbit terpendek dan kembali lebih dulu; sisanya menyusul selama berbulan-bulan dan bertahun-tahun, makin lama makin sedikit.

Cincin putus-putus adalah orbit Neptunus, dengan skala sebenarnya. Aliran itu segera menjangkau jauh melampaui ukuran seluruh sistem planet kita.

Kembali

Dalam gravitasi Newton, sebuah orbit menutup pada dirinya sendiri. Di dekat lubang hitam tidak: teori Einstein membuat setiap orbit berayun sedikit lebih jauh, seperti orbit Merkurius mengitari Matahari, hanya saja di sini sekitar 23 derajat tiap putaran, bukan setipis rambut.

Jadi gas yang baru saja berayun mengitari lubang melesat keluar lagi di jalur yang sedikit berbeda dan menabrak aliran yang masih jatuh ke dalam, sekitar 16 kali jarak Bumi ke Matahari jauhnya. Tabrakan itu memanaskan gas dan merampas kecepatannya, dan sedikit demi sedikit gas itu mengendap menjadi piringan panas yang berpusar di sekitar lubang.

Bagaimana tepatnya gas yang kembali menjadi piringan masih diteliti, dengan beberapa simulasi terbesar dalam astronomi.

Semburan cahaya

Teleskop menangkap semburan seperti ini sebagai pencerahan mendadak tepat di pusat galaksi yang sebelumnya tenang. AT2019qiz, ditemukan pada 2019 di sebuah galaksi berjarak 215 juta tahun cahaya, adalah yang terdekat sejauh ini; kecerahan dan suhu semburan di sini adalah nilai yang diukur, meski waktunya mengikuti model paling sederhana.

Cahaya tampaknya berasal dari awan gas panas di sekitar lubang, puluhan kali lebih lebar daripada orbit Bumi, yang dilontarkan semburan itu dan diterangi dari dalam. Piringannya sendiri, lebih ke dalam, bersinar terutama dalam cahaya ultraungu dan sinar-X.

Di dekat lubang, gravitasinya membelokkan cahaya piringan, sehingga sisi jauh piringan tampak di atas dan di bawah bayangan hitam.

Memudar

Makin sedikit gas yang kembali setiap hari, sehingga semburan itu memudar, seperti ditunjukkan grafik. Dalam beberapa tahun ia hampir lenyap, dan lubang hitam kembali tenang.

Gas yang kembali menipis dengan cara yang mengikuti bagaimana energi aliran itu terbagi: lajunya turun seperti waktu dipangkatkan minus lima per tiga. Cahaya banyak semburan memudar persis seperti itu, salah satu tanda paling jelas bahwa semburan itu benar-benar bintang yang tercabik.

Kira-kira separuh bintang jatuh kembali. Sebagian ditelan dan banyak yang terhembus lagi oleh panas. Lubang itu bertambah sepecahan massa Matahari: nyaris tak berarti bagi sesuatu yang sejuta kali lebih berat.

Di galaksi seperti galaksi kita, ini terjadi kira-kira sekali setiap 10.000 hingga 100.000 tahun. Karena begitu banyak galaksi yang bisa diamati, teleskop survei kini menemukan puluhan setiap tahun, dan Observatorium Vera C. Rubin di Cile diperkirakan akan menemukan ribuan.