S301, Bintang Tercepat di Bima Sakti, Bisa Mengungkap Putaran Lubang Hitam

Namun, S301 sangat redup. Magnitudo pita-K-nya dilaporkan sekitar 19,3, dan para peneliti menggolongkannya sebagai kandidat bintang deret utama. Keredupannya membuat karakterisasi fisik bintang ini secara presisi masih sulit dilakukan.

Pertama kali terlihat pada 2023

Tim GRAVITY mendeteksi S301 pada musim semi 2023 menggunakan instrumen GRAVITY pada Very Large Telescope Interferometer milik European Southern Observatory. Saat itu, bintang tersebut tampak sekitar 15 milidetik busur di barat laut Sgr A*. Dalam pengamatan berikutnya pada 2023, S301 bergerak menjauh dengan cepat dan sedikit melengkung.

Setelah memperkirakan orbitnya berdasarkan pengukuran tersebut, para astronom mencari S301 dalam data GRAVITY yang lebih lama. Mereka berhasil menemukannya kembali dalam arsip pengamatan 2021 dan kemudian 2017. Rentang pengamatan yang lebih panjang ini memperkuat interpretasi bahwa objek tersebut memang mengikuti orbit ekstrem di sekitar lubang hitam.

Meski demikian, orbit S301 masih bersifat awal. Peneliti belum memiliki pengukuran kecepatan radial—pergerakan bintang menjauh atau mendekati pengamat—sehingga observasi mendatang diperlukan untuk menyempurnakan gambaran gerak tiga dimensinya dan parameter orbitnya.

Mengapa orbitnya dapat mengungkap spin lubang hitam?

Lubang hitam yang berputar tidak sekadar menarik benda-benda di sekitarnya. Menurut relativitas umum, momentum sudutnya dapat menyeret ruang-waktu di sekitar lubang hitam. Efek ini dikenal sebagai frame-dragging atau seret-kerangka, dan secara khusus disebut presesi Lense–Thirring.

Bagi bintang yang mengorbit, efek tersebut dapat mengubah orientasi bidang orbitnya secara perlahan. Besarnya efek berkurang tajam seiring bertambahnya jarak. Karena memiliki perisenter yang sangat dekat, S301 jauh lebih sensitif terhadap putaran Sgr A* dibandingkan bintang-bintang yang berada di orbit lebih lebar.

Dengan mengukur posisi S301 secara presisi dan berulang, astronom dapat mencari perubahan kecil yang terakumulasi akibat lubang hitam yang berputar. Hasilnya kemudian bisa dibandingkan dengan pergeseran orbit yang diperkirakan jika Sgr A* tidak berotasi.

Namun, pengukuran spin tersebut belum berhasil dilakukan. Pemantauan astrometri—pengukuran posisi benda langit secara sangat presisi—sebelum pendekatan terdekat S301 yang diperkirakan terjadi pada akhir 2031, serta selama sekitar satu dekade setelahnya, dapat membantu menentukan apakah gerak bintang ini lebih cocok dengan Sgr A* yang berputar cepat atau lubang hitam yang tidak berotasi.

Jalan panjang menuju uji teorema tanpa rambut

Dalam jangka lebih panjang, S301 mungkin juga membantu astronom mengukur momen kuadrupol lubang hitam. Besaran ini menggambarkan bagaimana rotasi memengaruhi bentuk medan gravitasi lubang hitam, melampaui pengaruh massa dan spin secara sederhana.

Dalam solusi Kerr pada relativitas umum, sifat-sifat lubang hitam yang dapat diukur dari luar ditentukan oleh massa dan spin. Muatan listrik diperkirakan dapat diabaikan pada lubang hitam astrofisika. Menguji hubungan yang diprediksi antara spin dan momen kuadrupol akan menjadi cara untuk menyelidiki teorema tanpa rambut (no-hair theorem).

Pengukuran ini jauh lebih sulit daripada mendeteksi spin. Sinyal kuadrupol lebih kecil dan dapat tercampur dengan gangguan gravitasi dari bintang lain atau objek kompak yang belum terlihat di sekitar pusat galaksi. Karena itu, para peneliti menyebutnya sebagai tujuan jangka panjang yang mungkin dicapai, bukan hasil yang sudah dipastikan.

Apa yang akan dilakukan astronom?

Prioritas terdekat adalah terus melacak S301 dan memperbaiki pemodelan orbitnya. Pengamatan tambahan dapat mengungkap gerak radial bintang, memperjelas waktu serta jarak perisenter, dan membantu membedakan efek relativistik dari ketidakpastian lingkungan bintang di pusat Bima Sakti.

Jika prediksi orbitnya terbukti tepat, S301 akan menjadi penguji yang sangat sensitif untuk mempelajari cara sebuah lubang hitam supermasif berotasi dan bagaimana rotasi itu memengaruhi ruang-waktu di sekitarnya. Kecepatannya memang menjadi berita utama, tetapi nilai ilmiah S301 yang sesungguhnya terletak pada perannya sebagai probe presisi untuk Sagittarius A*.