S301 Melaju 25.000 Km per Detik Mengitari Lubang Hitam Pusat Bima Sakti

Astronom menemukan S301, bintang redup yang memiliki orbit paling dekat sekaligus kecepatan tertinggi di antara bintang-bintang yang diketahui mengitari lubang hitam supermasif Sagittarius A* di pusat Bima Sakti. Saat melintas di titik terdekatnya, S301 melaju sekitar 25.000 kilometer per detik—lebih dari 8% kecepatan cahaya.

Orbitnya sangat lonjong dan tipis seperti jarum, dengan periode hanya 8,7 tahun. Lintasan ekstrem ini menjadikan S301 sebagai penguji alami untuk teori relativitas umum Einstein, khususnya untuk mencari pengaruh putaran lubang hitam terhadap ruang-waktu di sekitarnya.

Rekor orbit S301

S301 adalah bintang deret utama yang sangat redup, dengan magnitudo pita-K sekitar 19,3. Orbitnya memiliki eksentrisitas sekitar 0,982–0,983, yang berarti bentuknya jauh lebih lonjong daripada orbit planet-planet di Tata Surya.

Di titik periapsis—titik terdekat dengan Sagittarius A*—S301 berada sekitar 280 radius gravitasi dari lubang hitam, atau sedikit lebih dari 12 unit astronomi (AU). Satu AU adalah jarak rata-rata Bumi dari Matahari, sehingga jarak terdekat S301 kira-kira sebanding dengan jarak Matahari-Saturnus. Bintang ini melintas sekitar 10 kali lebih dekat ke Sagittarius A* dibandingkan S2, bintang yang selama ini menjadi objek utama pengujian relativitas di pusat galaksi.

Karena orbitnya sangat eksentrik, S301 menghabiskan sebagian besar waktunya jauh dari lubang hitam. Namun, ketika mendekati periapsis, bintang ini melesat melewati wilayah gravitasi kuat dalam waktu singkat. Di situlah efek relativistik yang ingin diukur astronom menjadi paling besar.

Bagaimana S301 ditemukan dan dikonfirmasi?

S301 pertama kali terdeteksi menggunakan instrumen GRAVITY, interferometer inframerah-dekat pada Very Large Telescope Interferometer (VLTI) milik European Southern Observatory di Cile. Pengamatan ini tidak mudah karena S301 sangat redup dan berada di kawasan pusat galaksi yang padat serta terang.

Tim astronom melacak posisi S301 secara astrometri—mengukur perubahan posisi bintang di langit—melalui data GRAVITY pada 2023 hingga 2025. Dari data tersebut, mereka menyusun model awal orbitnya.

Model itu kemudian digunakan untuk memprediksi posisi S301 pada data arsip 2021 dan 2017. Ketika bintang tersebut berhasil ditemukan kembali di posisi yang diperkirakan, hasil itu menjadi konfirmasi penting bahwa sumber redup tersebut memang mengikuti orbit yang diajukan.

Meski demikian, astronom belum memperoleh pengukuran langsung kecepatan radial S301 melalui spektroskopi. Karena itu, solusi orbit saat ini terutama bertumpu pada pengukuran posisi langit berpresisi tinggi. Spektroskopi dengan teleskop sangat besar pada masa depan diharapkan dapat melengkapi gambaran orbit tiga dimensinya.

Mengapa putaran Sagittarius A* penting?

Menurut relativitas umum, lubang hitam yang berputar dapat menyeret ruang-waktu di sekitarnya. Fenomena ini dikenal sebagai frame dragging atau seret kerangka Lense–Thirring. Salah satu akibatnya adalah bidang orbit dan arah simpul orbit bintang dapat perlahan bergeser atau mengalami presesi.

S301 berada cukup dekat dengan Sagittarius A* sehingga perubahan kecil akibat efek tersebut berpotensi terdeteksi melalui interferometri inframerah berpresisi tinggi dan pengamatan spektroskopi di masa mendatang. Jika berhasil diukur, presesi ini dapat membantu menentukan besar dan arah spin Sagittarius A*.

Pengukuran itu akan memperluas pengujian di pusat Bima Sakti. Pada S2, astronom telah mengukur presesi Schwarzschild yang terutama disebabkan oleh massa lubang hitam. S301 menawarkan peluang untuk menguji aspek lain dari solusi Kerr—model lubang hitam berputar yang diprediksi relativitas umum Einstein.

Apa yang mungkin diketahui pada 2031?

S301 diperkirakan kembali mencapai periapsis sekitar 2031. Pemantauan rapat menggunakan astrometri dan spektroskopi di sekitar periode tersebut akan memberikan peluang terbaik untuk mengukur perubahan orbit relativistiknya. Data itu bahkan dapat memungkinkan pengukuran langsung spin Sagittarius A* melalui presesi Lense–Thirring.

Namun, kemampuan S301 untuk mengungkap momen kuadrupol lubang hitam jauh lebih terbatas. Sinyal kuadrupol yang berkaitan dengan spin diperkirakan hanya sekitar 4% dari efek Lense–Thirring dan dianggap sangat kecil untuk orbit S301.

Keterbatasan ini penting ketika membahas teorema tanpa-rambut (no-hair theorem). Teorema tersebut menyatakan bahwa lubang hitam astrofisika dapat dijelaskan oleh massa dan spin, sementara momen kuadrupolnya harus mengikuti nilai yang ditentukan oleh kedua besaran itu. Mengukur spin saja belum cukup untuk menguji teorema tersebut; astronom juga perlu mengukur kuadrupol secara mandiri.

Jadi, pengamatan S301 pada 2031 berpeluang kuat mengungkap putaran Sagittarius A* dan menguji relativitas umum dalam kondisi ekstrem. Namun, S301 seorang diri kemungkinan belum dapat memberikan uji definitif terhadap teorema tanpa-rambut. Untuk itu, diperlukan bintang-bintang yang lebih dekat, beberapa orbit bintang yang sesuai, atau metode pengamatan lain.