Berbagi pengetahuan, dari mana saja, dari siapa saja, untuk semua

Quasar, Sebuah Rahasia Alam Semesta

Prolog

“Budi, segera bereskan perangkat teleskop radionya… Sudah malam!” titah ibu memecah keasyikan Budi.

“Wah.. Sebentar, Bu. Ini lagi asik nih,” jawab Budi, seorang anak penuh ingin tahu, dengan teleskop radio sederhana buatannya.

Budi terus meneropong langit malam yang begitu cerah dengan teleskop baru rancangannya. “Mumpung besok libur nih, ” pikirnya dalam hati.

 “Bib-bib-bib,” suara teleskop itu datar, di tengah keheningan malam.

“Apa sih yang kamu cari?” tiba-tiba suara ibu berada di sampingnya, mengernyitkan dahi, sambil membawa segelas susu.

“Oh Ibu, mungkin saja Budi menemukan hal baru dan mendapat nobel, Bu, hehe… Tapi sudah tiga jam nih tidak ada hal yang seru,” ujarnya merenggut, sambil menunjuk teleskop radio hasil buatannya seminggu ini.

Tiba-tiba, pemancar dari radio itu oleng ke kiri. “BIB-BIB-BIB-BIB,” suara teleskop radio itu makin kencang,  tanda sebuah objek unik terpantau.

Dalam sekejap, Budi menumpahkan susu buatan ibunya dan segera menuju teleskop radio ciptaannya.

Apa ya kira-kira objek yang ditemukan Budi?

Quasar accretion disk and jet. Gambar dari http://www.as.utexas.edu/~triples/research.html

Quasar accretion disk and jet. Gambar dari http://www.as.utexas.edu/~triples/research.html

Quasar

Ya, kemungkinan besar objek itu adalah Quasar. Quasar sendiri, adalah singkatan dari quasi-stellar radio source. Dari namanya saja, quasi (mirip/hampir) dan stellar (bintang),  kita bisa mengartikan jika benda ini adalah objek mirip bintang sebagai sumber pengamatan radio, radio source.

Lho… kenapa disebut sebagai mirip bintang ya…

Dalam pengamatan dengan mata telanjang, objek ini tidak ada bedanya dengan kerlip bintang di langit malam. Oleh karena itu, jika kita mengamati dengan mata telanjang, kita akan sulit membedakan Quasar dengan bintang pada umumnya. Tetapi jangan salah, dengan menggunakan teleskop radio seperti yang Budi lakukan, dapat dilihat bahwa Quasar memancarkan gelombang radio yang lumayan kuat. Jika diamati model spektrumnya dan dianalisis menggunakan efek Doppler, dapat disimpulkan bahwa Quasar memiliki redshift – pergeseran merah yang tinggi. Redshift yang  tinggi menunjukkan jika Quasar bergerak menjauhi kita dan berjarak amat jauh dari kita. Keren, kan?

Quasar di langit malam, sangat jauh sehingga terlihat redup. Sumber gambar: Donald Schneider and Xiaohui Fan, SDSS Collaboration.

Quasar di langit malam, sangat jauh sehingga terlihat redup. Sumber gambar: Donald Schneider and Xiaohui Fan, SDSS Collaboration.

Hingga saat ini Quasar adalah objek paling jauh yang dapat diamati. Dari perhitungan yang lebih akurat dapat ditentukan bahwa Quasar memiliki luminositas atau kecerlangan yang nilainya bahkan paling besar di alam semesta. Oleh karena itu, meski jaraknya yang sangat jauh, kita masih bisa melihat Quasar.

Wah, seru ya Quasar itu. Apa ada ya kira-kira hubungannya dengan sejarah alam semesta?

Sejarah penemuan Quasar

Sebelum kita melangkah jauh untuk membahas Quasar, mari kita bahas sejarah penemuan benda unik ini. Awal ditemukannya Quasar adalah sekitar tahun 1960an, waktu itu Quasar masih dianggap sebagai bintang. Pada tahun 1960, seorang astronom bernama Alan Sandage yang bekerja di Observatorium Mount Palomar menyatakan bahwa Quasar tenyata memancarkan sumber radio. Sungguh aneh, karena tidak biasanya ada bintang yang memiliki karekteristik dominan di panjang gelombang radio, masalah ini sama seperti kehebohan Budi di atas.

Penyelidikan terhadap Quasar pun berlanjut, para peneliti menemukan spektrum dari Quasar tidak sama dengan spektrum bintang yang telah terpetakan, tentu saja hal ini menambah kebingungan ilmuan. Pada tahun 1963, Maarten Schmidt menyimpulkan bahwa spektrum Quasar 3c273 yang berada dirasi virgo bergeser menuju bagian merah spektrum. Pergeseran merah ini menunjukkan Quasar semakin menjauhi kita dan memiliki jarak yang jauh seperti halnya sebuah galaksi, namun lebih ekstrem lagi.

Penelitian mengenai Quasar semakin menarik. Pada tahun 1973 mulai diusulkan model-model Quasar sebagai hasil dari aktivitas supermassive black hole (lubang hitam yang massanya sangat besar). Pada 1979 sebuah Quasar ditemukan membelok akibat gravitasi dari galaksi yang berada di depannya. Penemuan tersebut juga lantas membuktikan teori gravitasi dan relativitas umum Einstein.

Quasar3C273 yang diamati Maarten Schmidt. Sumber gambar: http://hubblesite.org/gallery/album/pr2003003c

Quasar3C273 yang diamati Maarten Schmidt. Sumber gambar: http://hubblesite.org/gallery/album/pr2003003c

Sifat-sifat menarik Quasar

Secara umum, poin-poin sifat yang menarik dari Quasar dapat dirinci sebagai berikut :

1. Objek mirip bintang

2. Mudah diamati dalam panjang gelombang radio

3. Memiliki redshift yang tinggi (jaraknya jauh dari kita)

Mungkin ada yang bingung, dari tadi kita membahas Quasar itu berjarak sangat jauh, tetapi bagaimana sih cara mendapatkan jaraknya?

Satuan jarak yang dipakai disini adalah z, nilainya bisa di antara 0 sampai tak hingga.

Rumus mencari nilai z diperoleh dari

z = \frac{\lambda_{\rm received} - \lambda_{\rm emitted}}{\lambda_{\rm emitted}}

untuk nilai z yang << 1, kemudian

1+z = \frac{c+v}{c-v}

untuk nilai z dengan v \approx c.

Berdasarkan rumusan ini dan dari pengamatan panjang gelombang ataupun spektroskopi, kita akan mendapat nilai \lambda maupun nilai v (kecepatan benda). Dengan memasukkan nilai-nilai tersebut ke persamaann z kita bisa memperoleh nilai z. Kesimpulannya, semakin tinggi nilai z berarti nilai v (kecepatan objek) semakin mendekati c (kecepatan cahaya), kemudian semakin tinggi nilai v yang menjauhi kita berarti jarak objek itu akan semakin jauh dari kita.

4. Luminositasnya (Kecerlangan) sangat tinggi

Jika kita mengetahui fluks yang sampai pada kita dan jarak objek tersebut. Kita bisa mendapat nilai dari magnitudo Quasar.

Salah satu contoh Quasar memiliki magnitudo semu (skala cerlang yang terlihat oleh pengamat di bumi) paling cerlang sekitar 12,8 tetapi memiliki magnitudo mutlak (skala cerlang yang dari bintang aslinya) sekitar -26,7.

Dengan demikian, jika quasar tersebut diletakkan pada jarak 33 tahun cahaya, quasar tersebut dapat seterang matahari, padahal jarak bumi matahari hanya 1 AU. Selain itu, jika dihitung luminositas quasar tersebut dapat mencapai 100 kali luminositas Galaksi. Wow!

5. Ukuran Objek Pemancar yang Kecil

Quasar memiliki kecerlangan yang bervariasi setiap waktu. Kecerlangannya tersebut dapat bervariasi setiap bulan, minggu, hari, atau jam. Hal tersebut menunjukkan bahwa quasar merupakan daerah (objek) yang sangat kecil, yaitu sekitar ukuran tata surya atau lebih kecil. Jadi, Quasar memiliki ukuran sekitar tatasurya tetapi memiliki cerlang 100 kali Galaksi. Sungguh luar biasa.

6. Spektrumnya Menunjukkan adanya Garis Emisi yang Lebar

Walaupun berukuran kecil, quasar tidak dapat dikatakan sebagai sebuah bintang berdasarkan analisis spektrumnya. Pada spektrum quasar terdapat garis emisi H-alpha yang lebar.

Spektrum sebuah bintang seperti matahari. Sumber: http://ermala.files.wordpress.com

Spektrum sebuah bintang seperti matahari. Sumber: http://ermala.files.wordpress.com

Spektrum sebuah QSO (Quasi Stellar Object). Sumber: http://ermala.files.wordpress.com

Spektrum sebuah QSO (Quasi Stellar Object). Sumber: http://ermala.files.wordpress.com

Fungsi dan bentuk Quasar di langit

Dengan kemampuan yang sebegitu hebat, apa sih peran dari quasar itu di langit?

Lazim kita ketahui, salah satu bentuk inti galaksi adalah galaksi aktif. Inti galaksi aktif biasanya ditemukan di pusat galaksi tempat lubang hitam bermassa super besar berada. Lubang hitam inilah yang menjadi pembangkit energi bagi inti galaksi aktif dan mengikat anggota-anggota dari galaksi tersebut. Sumber tenaga Quasar adalah lubang hitam bermassa super besar tersebut. Lubang hitam itu akan mengakresi materi mampat di sekelilingnya dan manghasilkan energi gravitasi yang besar.

Bagian-bagian dasar pada Quasar.

Bagian-bagian dasar pada Quasar.

Ketika lubang hitam menyerap materi di sekitarnya, materi-materi tersebut berputar semakin cepat dan mulai memanas. Semua partikel saling bergesekan sehingga melepaskan sejumlah besar cahaya dan juga radiasi sinar X. Nah, ketika materi ini dilahap oleh si lubang hitam, bagian kutub utara dan selatan lubang hitam akan melepaskan energi yang sangat besar yang oleh astronom disebut sebagai jet kosmik atau radio jet. Pernah lihat pesawat jet melesat di udara? Sangat cepat dan menyisakan sebaris jejak di angkasa, bukan? Kira-kira seperti itulah jet kosmik. Energi yang dilepaskan melesat sangat cepat dan energinya pun sangat kuat.

Dapat disimpulkan Quasar sendiri merupakan inti galaksi aktif yang berada jauh dan merupakan objek yang sangat terang, sangat energetik, dan sangat kuat. Objek ini memancarkan energi yang sangat besar dengan radio jetnya di bagian kutub utara dan selatan lubang hitam.

Perkembangan saat ini

  • Outflow terbesar. Sebuah Quasar dengan outflow (aliran radiasi) terbesar ditemukan dengan menggunakan Southern Observatory Eropa (ESO) Very Large Telescope (VLT). Objek ini setidaknya lima kali lebih kuat dari Quasar sebelumnya, dengan energi simulasi teoritis yang tidak pernah ada sebelumnya.
Ilustrasi artistik untuk outflow besar yang dikeluarkan dari Quasar SDSS J1106 1939. (ESO / L. Calçada)

Ilustrasi artistik untuk outflow besar yang dikeluarkan dari Quasar SDSS J1106 1939. (ESO / L. Calçada)

  • Bisa meledak. Ledakan streaming dari Quasar, yang disebut SDSS J1106 1939, adalah sekitar 1.000 tahun cahaya dari lubang hitam supermasif di pusatnya, dan melintas sekitar 8.000 kilometer (4.970 mil) per detik. Tingkat energi yang terbawa oleh massa besar bahan dikeluarkan dengan kecepatan tinggi dari SDSS J1106 1939 setidaknya setara dengan 2 juta juta kali keluaran daya dari matahari. Arav, seorang astronom ahli, mengatakan besaran ini 100 kali dari keluaran daya total galaksi Bima Sakti.
  • Ratusan ribu quasar telah ditemukan. Sebagian besar penemuan quasar dilakukan oleh Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Data terakhir SDSS pada tahun 2010 mencatat sudah ditemukan sebanyak 120.000 quasar (http://www.sdss.org/signature.html).
  • Adanya QSO. Sejalan dengan ditemukannya objek-objek lain yang serupa dengan quasar (yang jaraknya jauh dan luminositasnya besar) namun dengan pancaran radiasi gelombang radio yang lemah, maka digunakanlah istilah QSO (quasi stellar object). Walaupun demikian, sering juga istilah quasar masih tetap digunakan untuk menunjuk seluruh objek QSO.
  • Potongan puzzle pembentukan alam semesta. Beberapa penelitian untuk mencari umur dan batas dari alam semesta dilakukan dengan mencari umur dari Quasar itu sendiri. Kenapa? Karena Quasar diketahui memiliki umur yang sangat tua dan lama, diperkirakan terbentuknya di awal-awal pembentukan alam semesta. Selain itu, letaknya yang sangat jauh mengindikasikan bahwa Quasar berada di ujung batas alam semesta.

Perkembangan pengetahuan tentang Quasar ini merupakan sekeping petunjuk penting untuk memecahkan masalah kosmologi, ilmu yang mempelajari struktur dan sejarah alam semesta berskala besar, untuk berkembang dan memahami lebih jauh. Hingga sekarang pun, masih banyak hal yang belum kita ketahui tentang Quasar dan alam semesta pada umumnya. Semua menunggu untuk kita temukan!

Epilog

“Apa yang kamu temukan Budi?” tanya Ibunya ikut penasaran.

“Tampaknya teleskop saya mendeteksi Quasar, Bu,” jawabnya bangga. “Koordinat posisi akan Budi catat dulu biar bisa diamati lagi besok,” lanjutnya.

“Hmm… Ok deh, selamat ya. Kalau begitu jangan lupa untuk segera membereskan susu yang tumpah dan segera tidur!” perintah ibunya, sambil mengambilkan pel kain.

Kali ini Budi tidak bisa mengelak, matanya sudah mulai mengantuk. “Baik, Bu,” jawabnya sambil membayangkan, penemuan apa lagi yang bisa dia temukan esok hari.

Bahan bacaan:

Penulis:
M. Nabil Satria Faradis, mahasiswa Teknik Mesin Universitas Gadjah Mada, pernah berkecimpung dalam Olimpiade Astronomi, dan sekarang aktif mengajar astronomi di beberapa SMA. Kontak: nabil.satria24(at)yahoo.co.id