Dengan mengamati pergerakan 28 bintang yang mengorbit di dekat pusat galaksi Bima Sakti, para astronom berhasil mempelajari lubang hitam supermasif di sana, yang dikenal sebagai “Sagittarius A*” (dieja “Sagittarius A star”). Riset terkini tersebut menandai upertama kalinya orbit dari sedemikian banyak bintang di pusat galaksi dapat dihitung secara akurat dan mengungkap informasi mengenai pembetukan bintang yang penuh teka-teki, beserta lubang hitam di dekatnya.
“Pusat sebuah galaksi adalah laboratorium yang unik, dimana kita dapat mempelajari proses-proses fundamental dari gravitrasi kuat, dinamika dan formasi bintang yang kesemuanya itu memiliki relevansi dengan semua inti galaksi, dengan detail yang tidak mungkin diperoleh diluar galaksi kita,” jelas Reinhard Genzel, pimpinan tim dari Max-Planck-Institute for Extraterrestrial Physics di Garching dekat Munich, Jerman.
Debu antarbintang yang mengisi galaksi telah menghalangi pandangan langsung kita ke daerah pusat galaksi dalam cahaya tampak. Karena itu, para astronom menggunakan gelombang inframerah yang dapat menembus kabut debu untuk dapat mempelajari daerah tersebut. Walaupun upaya ini merupakan sebuah tantangan teknologi, namun hasilnya cukup sepadan. “Pusat galaksi menyimpan lubang hitam supermasif terdekat yang diketahui. Karena itu, menjadi tempat terbaik untuk mempelajari lubang hitam secara detail.” Demikian menurut Stefan Gillessen, penulis utama paper yang memuat hasil penelitian ini.
Kelompok tersebut menggunakan bintang-bintang di pusat galaksi sebagai “partikel percobaan” (test particles) dengan mengamati bagaimana mereka bergerak di sekeliling Sagittarius A*. Seperti halnya gerak jatuh dedaunan di udara dingin yang mengungkap aliran udara yang kompleks, bintang di pusat menunjukkan gaya-gaya yang berhubungan yang bekerja di inti galaksi. Observasi ini dapat digunakan untuk menyimpulkan properti lubang hitam itu sendiri, seperti massa dan jaraknya. Studi ini juga menunjukkan bahwa setidaknya 96% dari massa yang dirasakan oleh bintang-bintang tersebut berasal dari lubang hitam. Dengan demikian, hanya tersisa sedikit ruang untuk materi gelap lainnya.
“Tidak diragukan lagi, aspek paling spektakuler dari studi jangka panjang kami adalah memberikan apa yang sekarang dianggap sebagai bukti empiris terbaik bahwa lubang hitam supermasif memang betul-betul ada. Bintang-bintang yang mengorbit pusat galaksi menunjukkan bahwa konsentrasi pusat massa sebesar empat juta kali massa matahari pastilah sebuah lubang hitam,” jelas Genzel. Observasi ini memungkinkan para astronom untuk menentukan jarak kita dari pusat galaksi dengan presisi tinggi, yang kini terukur sebesar 27.000 tahun cahaya.
Diperlukan studi selama bertahun-tahun untuk membangun gambaran dari jantung Bima Sakti dan mengkalkulasi orbit dari bintang-bintang secara individual. Tidak kurang dari 16 tahun kerja penuh dedikasi untuk mencapai penemuan ini. Dimulai dari observasi tahun 1992 dengan kamera SHARP yang dipasang pada perangkat New Technology Telescope berdiameter 3,5 meter milik European Space Observatory (ESO) di observatorium La Silla, Chile. Observasi lanjutan dilakukan sejak 2002 menggunakan dua instrumen yang dipasang pada Very Large Telescope (VLT) berdiameter 8,2 meter, juga milik ESO. Total 50 malam observasi dengan teleskop ESO dalam kurun waktu lebih dari 16 tahun telah dihabiskan untuk penemuan ini.
Hasil kerja mereka meningkatkan akurasi saat mana para astronom dapat mengukur posisi dari bintang dengan faktor enam, dibandingkan dengan studi-studi sebelumnya. Presisi final yang dapat dicapai adalah 300 mikrodetikbusur, ekuivalent dengan melihat sekeping koin satu euro dari jarak sekitar 10.000 km.
Untuk pertama kalinya bintang-bintang yang telah diketahui orbitnya mencapai jumlah yang cukup besar untuk dapat memperlihatkan sifat-sifat umumnya. “Bintang-bintang di sekitar pusat galaksi memiliki orbit acak, mirip seperti sekawanan lebah,” terang Gillessen. “Namun demikian, sejauh ini 6 diantara 28 bintang diketahui mengorbit lubang hitam dalam sebuah cakram. Dari segi ini, studi ini juga mengkonfirmasi secara eksplisit hasil penelitian terdahulu dimana cakram ini telah ditemukan walaupun hanya secara statistik.”
Salahsatu bintang, dikenal sebagai S2, mengorbit pusat Bima Sakti sedemikian cepat hingga dapat menyelesaikan satu revolusi penuh dalam 16 tahun periode studi tersebut. Pengamatan terhadap S2 dalam satu orbit penuh memberikan kontribusi penting terhadap akurasi tinggi yang dicapai, dan untuk memahami daerah tersebut. Namun demikian, studi ini masih menyisakan misteri seperti bagaimana bintang-bintang muda berada pada orbit yang sekarang diamati. Bintang-bintang itu terlalu muda untuk bermigrasi dalam jarak jauh, namun lebih kecil lagi kemungkinannya bahwa mereka terbentuk pada orbit mereka yang sekarang, dibawah pengaruh gaya pasang-surut (tidal forces) dari lubang hitam. Menariknya, observasi yang akan datang telah direncanakan untuk menguji sejumlah model teoretis yang mencoba memecahkan teka-teki ini.
Namun demikian, studi ini membutuhkan resolusi angular yang lebih tinggi dari yang saat ini tersedia. Dimasa mendatang ESO akan segera dapat memenuhi resolusi yang dibutuhkan dengan memanfaatkan teknik interferometri. Teknik ini memungkinkan para astronom untuk menggabungkan berkas cahaya yang ditangkap oleh empat unit teleskop berdiameter 8,2 meter milik VLT. Teknik ini akan meningkatkan akurasi observasi dengan faktor 10 hingga 100 dari yang selama ini dimungkinkan. Kombinasi tersebut bahkan potensial untuk secara langsung menguju teori relativitas umum Einstein pada daerah yang saat ini belum dieksplorasi di dekat lubang hitam.
