October 19, 2021
Begini Penampakan Black Hole Menyantap Bintang Sial

Begini Penampakan Black Hole Menyantap Bintang Sial

Ilustrasi ini menunjukkan aliran material yang bersinar dari sebuah bintang, tercabik-cabik saat sedang dilahap oleh lubang hitam supermasif. Lubang hitam makan dikelilingi oleh cincin debu, tidak seperti piring balita yang dikelilingi oleh remah-remah setelah makan. Kredit: NASA/JPL-Caltech

Menganalisis pengamatan suar sinar-X dan mencocokkan data dengan model teoretis, para astronom Universitas Arizona mendokumentasikan pertemuan fatal antara bintang sial dan bintang bermassa menengah. lubang hitam.

Sementara lubang hitam dan balita tampaknya tidak memiliki banyak kesamaan, mereka sangat mirip dalam satu aspek: Keduanya pemakan berantakan, menghasilkan banyak bukti bahwa makan telah terjadi.

Tapi sementara yang satu mungkin meninggalkan sisa pasta atau cipratan yoghurt, yang lain menciptakan proporsi yang membingungkan. Ketika sebuah lubang hitam melahap sebuah bintang, itu menghasilkan apa yang disebut para astronom sebagai “peristiwa gangguan pasang surut.” Pecahnya bintang malang itu disertai dengan ledakan radiasi yang dapat melebihi cahaya gabungan dari setiap bintang di galaksi induk lubang hitam selama berbulan-bulan, bahkan bertahun-tahun.

Dalam sebuah makalah yang diterbitkan di Jurnal Astrofisika, tim astronom yang dipimpin oleh Sixiang Wen, rekan penelitian postdoctoral di University of Arizona Steward Observatory, menggunakan sinar-X yang dipancarkan oleh peristiwa gangguan pasang surut yang dikenal sebagai J2150 untuk melakukan pengukuran pertama massa dan putaran lubang hitam. Lubang hitam ini adalah jenis tertentu – lubang hitam bermassa menengah – yang telah lama luput dari pengamatan.

“Fakta bahwa kami dapat menangkap lubang hitam ini saat sedang melahap bintang menawarkan kesempatan luar biasa untuk mengamati apa yang tidak terlihat,” kata Ann Zabludoff, profesor astronomi UArizona dan rekan penulis di makalah tersebut. “Tidak hanya itu, dengan menganalisis suar, kami dapat lebih memahami kategori lubang hitam yang sulit dipahami ini, yang mungkin menjelaskan sebagian besar lubang hitam di pusat galaksi.”

Dengan menganalisis ulang data sinar-X yang digunakan untuk mengamati suar J2150, dan membandingkannya dengan model teoretis yang canggih, penulis menunjukkan bahwa suar ini memang berasal dari pertemuan antara bintang sial dan lubang hitam bermassa menengah. Lubang hitam menengah yang dimaksud memiliki massa yang sangat rendah – untuk lubang hitam, yaitu – dengan berat kira-kira 10.000 kali massa matahari.

“Emisi sinar-X dari cakram bagian dalam yang dibentuk oleh puing-puing bintang mati memungkinkan kami untuk menyimpulkan massa dan putaran lubang hitam ini dan mengklasifikasikannya sebagai lubang hitam perantara,” kata Wen.

Gaya Gravitasi Lubang Hitam Menghancurkan Bintang

Ketika sebuah bintang menjelajah terlalu dekat dengan lubang hitam, gaya gravitasi menciptakan pasang surut yang kuat yang memecah bintang menjadi aliran gas, menghasilkan fenomena bencana yang dikenal sebagai peristiwa gangguan pasang surut. Sejumlah besar energi dilepaskan, menyebabkan gangguan pasang surut lebih cemerlang dari galaksinya dalam beberapa kasus. Kredit: Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA/Chris Smith (USRA/GESTAR)

Puluhan peristiwa gangguan pasang surut telah terlihat di pusat galaksi besar yang menampung lubang hitam supermasif, dan beberapa juga telah diamati di pusat galaksi kecil yang mungkin berisi lubang hitam menengah. Namun, data masa lalu tidak pernah cukup rinci untuk membuktikan bahwa suar gangguan pasang surut individu ditenagai oleh lubang hitam perantara.

“Berkat pengamatan astronomi modern, kita tahu bahwa pusat dari hampir semua galaksi yang ukurannya sama atau lebih besar dari galaksi kita. Bima Sakti menjadi tuan rumah lubang hitam supermasif pusat, ”kata rekan penulis studi Nicholas Stone, seorang dosen senior di Universitas Ibrani di Yerusalem. “Behemoth ini berukuran mulai dari 1 juta hingga 10 miliar kali massa matahari kita, dan mereka menjadi sumber radiasi elektromagnetik yang kuat ketika terlalu banyak gas antarbintang jatuh ke sekitarnya.”

Massa lubang hitam ini berkorelasi erat dengan massa total galaksi induknya; galaksi terbesar menjadi tuan rumah lubang hitam supermasif terbesar.

“Kami masih tahu sedikit tentang keberadaan lubang hitam di pusat galaksi yang lebih kecil dari Bima Sakti,” kata rekan penulis Peter Jonker dari Radboud University dan SRON Netherlands Institute for Space Research, keduanya di Belanda. “Karena keterbatasan pengamatan, sulit untuk menemukan lubang hitam pusat yang jauh lebih kecil dari 1 juta massa matahari.”

Terlepas dari dugaan kelimpahannya, asal-usul lubang hitam supermasif tetap tidak diketahui, dan banyak teori berbeda saat ini bersaing untuk menjelaskannya, menurut Jonker. Lubang hitam massa menengah bisa menjadi benih dari mana lubang hitam supermasif tumbuh.

“Oleh karena itu, jika kita mendapatkan pegangan yang lebih baik tentang berapa banyak lubang hitam perantara yang bonafid di luar sana, ini dapat membantu menentukan teori pembentukan lubang hitam supermasif mana yang benar,” katanya.

Yang lebih menarik lagi, menurut Zabludoff, adalah ukuran putaran J2150 yang bisa didapatkan kelompok tersebut. Pengukuran putaran memegang petunjuk tentang bagaimana lubang hitam tumbuh, dan mungkin untuk fisika partikel.

Lubang hitam ini memiliki putaran yang cepat, tetapi bukan putaran tercepat yang mungkin, Zabludoff menjelaskan, menimbulkan pertanyaan bagaimana lubang hitam berakhir dengan putaran dalam kisaran ini.

“Mungkin lubang hitam terbentuk seperti itu dan tidak banyak berubah sejak itu, atau dua lubang hitam bermassa menengah bergabung baru-baru ini untuk membentuk lubang hitam ini,” katanya. “Kami tahu bahwa putaran yang kami ukur mengecualikan skenario di mana lubang hitam tumbuh dalam waktu yang lama karena terus memakan gas atau dari banyak camilan gas cepat yang datang dari arah acak.”

Selain itu, pengukuran putaran memungkinkan astrofisikawan untuk menguji hipotesis tentang sifat materi gelap, yang dianggap menyusun sebagian besar materi di alam semesta. Materi gelap mungkin terdiri dari partikel elementer yang tidak diketahui yang belum terlihat dalam percobaan laboratorium. Di antara kandidat adalah partikel hipotetis yang dikenal sebagai boson ultralight, Stone menjelaskan.

“Jika partikel-partikel itu ada dan memiliki massa dalam kisaran tertentu, mereka akan mencegah lubang hitam bermassa menengah untuk berputar cepat,” katanya. “Namun lubang hitam J2150 berputar cepat. Jadi, pengukuran putaran kami mengesampingkan kelas luas teori boson ultralight, yang menunjukkan nilai lubang hitam sebagai laboratorium luar angkasa untuk fisika partikel.”

Di masa depan, pengamatan baru dari gangguan pasang surut mungkin memungkinkan para astronom mengisi kesenjangan dalam distribusi massa lubang hitam, para penulis berharap.

“Jika ternyata sebagian besar galaksi kerdil mengandung lubang hitam bermassa menengah, maka mereka akan mendominasi tingkat gangguan pasang surut bintang,” kata Stone. “Dengan menyesuaikan emisi sinar-X dari suar ini ke model teoretis, kita dapat melakukan sensus populasi lubang hitam bermassa menengah di alam semesta,” tambah Wen.

Untuk melakukan itu, bagaimanapun, lebih banyak peristiwa gangguan pasang surut harus diamati. Itu sebabnya para astronom menaruh harapan besar untuk teleskop baru yang segera hadir, baik di Bumi maupun di luar angkasa, termasuk Vera C. Rubin Observatory, juga dikenal sebagai Legacy Survey of Space and Time, atau LSST, yang diharapkan dapat menemukan ribuan pasang surut. kejadian gangguan per tahun.

Referensi: “Kendala Boson Massa, Putaran, dan Ultralight dari Lubang Hitam Massa Menengah dalam Peristiwa Gangguan Pasang Surut 3XMM J215022.4–055108” oleh Sixiang Wen, Peter G. Jonker, Nicholas C. Stone dan Ann I. Zabludoff, 6 September 2021, Jurnal Astrofisika.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac00b5

Penelitian ini didukung oleh hibah dari NASA dan Yayasan Sains Binasional AS-Israel.