Ahli astrofisika Amerika dan Australia telah menemukan kandidat lubang hitam bermassa menengah. Mereka mendapat nama ini karena mereka lebih berat dari biasanya - yaitu, yang terbentuk sebagai akibat dari keruntuhan gravitasi bintang - objek, tetapi lebih ringan dari lubang hitam supermasif, biasanya terletak di inti aktif galaksi besar. Asal muasal benda yang tidak biasa tersebut masih belum jelas. "Lenta.ru" berbicara tentang lubang hitam dari massa menengah dan penemuan ilmuwan.
Sebagian besar lubang hitam yang diketahui para ilmuwan - yaitu, objek yang dapat ditinggalkan oleh materi apa pun (mengabaikan efek kuantum) - adalah lubang hitam bermassa bintang atau lubang hitam supermasif. Asal usul objek gravitasi ini secara kasar jelas bagi para astronom. Yang pertama, seperti tersirat dari namanya, mewakili tahap terakhir dalam evolusi tokoh-tokoh kelas berat, ketika reaksi termonuklir berhenti di kedalamannya. Mereka sangat berat sehingga tidak berubah menjadi katai putih atau bintang neutron.
Bintang kecil seperti Matahari berubah menjadi katai putih. Gaya kompresi gravitasinya diimbangi oleh tolakan elektromagnetik plasma elektron-nuklir. Pada bintang yang lebih berat, gravitasi dibatasi oleh tekanan materi nuklir, menghasilkan bintang neutron. Inti dari benda-benda tersebut dibentuk oleh cairan neutron, yang ditutupi oleh lapisan elektron plasma tipis dan inti berat. Akhirnya, tokoh-tokoh terberat berubah menjadi lubang hitam, yang secara sempurna dijelaskan oleh relativitas umum dan fisika statistik.
Gugus bintang bola 47 Toucan
Foto: NASA / ESA / Hubble Heritage
Nilai pembatas massa katai putih, yang mencegahnya berubah menjadi bintang neutron, diperkirakan pada tahun 1932 oleh astrofisikawan India, Subramanian Chandrasekhar. Parameter ini dihitung dari kondisi kesetimbangan gas elektron yang mengalami degenerasi dan gaya gravitasi. Nilai batas Chandrasekhar saat ini diperkirakan sekitar 1,4 massa matahari. Batas atas massa bintang neutron, di mana ia tidak berubah menjadi lubang hitam, disebut batas Oppenheimer-Volkov. Ini ditentukan dari kondisi kesetimbangan tekanan gas neutron yang mengalami degenerasi dan gaya gravitasi. Pada tahun 1939, para ilmuwan menerima nilainya pada 0,7 massa matahari; perkiraan modern berkisar dari 1,5 hingga 3,0.
Bintang paling masif 200-300 kali lebih berat dari Matahari. Biasanya, massa lubang hitam yang berasal dari sebuah bintang tidak melebihi urutan besarnya. Di ujung lain skala ada lubang hitam supermasif - ratusan ribu atau bahkan puluhan miliar kali lebih berat dari Matahari. Biasanya monster seperti itu terletak di pusat aktif galaksi besar dan memiliki pengaruh yang menentukan pada mereka. Terlepas dari kenyataan bahwa asal usul lubang hitam supermasif juga menimbulkan banyak pertanyaan, hingga saat ini, cukup banyak objek seperti itu (lebih tepatnya - calon untuk mereka) telah ditemukan agar tidak meragukan keberadaan mereka.
Video promosi:
Misalnya, di pusat Bima Sakti, pada jarak 7,86 kiloparsec dari Bumi, adalah benda terberat di Galaksi - lubang hitam supermasif Sagitarius A *, yang lebih dari empat juta kali lebih berat dari Matahari. Di sistem bintang besar terdekat, Nebula Andromeda, adalah objek yang bahkan lebih berat: lubang hitam supermasif, yang mungkin 140 juta kali lebih berat dari Matahari. Para astronom memperkirakan bahwa dalam waktu sekitar empat miliar tahun, lubang hitam supermasif dari Nebula Andromeda akan menelan satu lubang hitam dari Bima Sakti.
Lubang hitam bermassa sedang (bayangan seniman)
Gambar: CfA / M. Weiss
Mekanisme ini menunjukkan cara lubang hitam raksasa yang paling mungkin terbentuk - mereka hanya menyerap semua materi di sekitarnya. Namun, pertanyaannya tetap: apakah di alam ada lubang hitam dengan massa menengah - antara bintang dan superheavy? Pengamatan beberapa tahun terakhir, termasuk yang diterbitkan dalam edisi terbaru jurnal Nature, mengkonfirmasi hal ini. Dalam publikasi tersebut, penulis melaporkan penemuan di pusat gugus bintang globular 47 Toucan (NGC 104) dari kemungkinan calon lubang hitam bermassa menengah. Perkiraan menunjukkan bahwa itu sekitar 2,2 ribu kali lebih berat dari Matahari.
Cluster 47 Toucan terletak 13 ribu tahun cahaya dari Bumi di konstelasi Toucan. Kumpulan tokoh-tokoh yang terikat secara gravitasi ini dibedakan berdasarkan usianya yang sangat tua (12 miliar tahun) dan kecerahannya yang sangat tinggi di antara benda-benda tersebut (kedua setelah omega Centauri). NGC 104 berisi ribuan bintang, terbatas pada bola bersyarat berdiameter 120 tahun cahaya (tiga lipat lebih kecil dari diameter piringan Bima Sakti). Juga di 47 Toucan, ada sekitar dua puluh pulsar - mereka menjadi objek utama penelitian para ilmuwan.
Pencarian sebelumnya di pusat NGC 104 untuk lubang hitam tidak berhasil. Objek semacam itu menampakkan diri secara tidak langsung, dengan karakteristik radiasi sinar-X yang dipancarkan dari piringan akresi di sekitarnya, yang dibentuk oleh gas yang dipanaskan. Sedangkan pusat NGC 104 hampir tidak mengandung gas. Di sisi lain, lubang hitam dapat dideteksi dari efeknya pada bintang-bintang yang berputar di sekitarnya - hal seperti ini dimungkinkan untuk mempelajari Sagitarius A *. Namun, bahkan di sini, para ilmuwan dihadapkan pada masalah - pusat NGC 104 mengandung terlalu banyak bintang untuk dapat memahami pergerakan individu mereka.
Teleskop radio Taman
Foto: David McClenaghan / CSIRO
Para ilmuwan telah mencoba untuk mengatasi kedua kesulitan tersebut, sementara pada saat yang sama tidak meninggalkan metode biasa untuk mendeteksi lubang hitam. Pertama, para astronom menganalisis dinamika bintang dari seluruh gugus bola secara keseluruhan, dan tidak hanya bintang yang dekat dengan pusatnya. Untuk melakukan ini, penulis mengambil data tentang dinamika tokoh-tokoh 47 Toucan, yang dikumpulkan selama pengamatan oleh observatorium radio Australian Parkes. Para ilmuwan menggunakan informasi yang diperoleh untuk pemodelan komputer dalam kerangka masalah gravitasi benda-benda N. Ini menunjukkan bahwa ada sesuatu di pusat NGC 104 yang memiliki karakteristik menyerupai lubang hitam bermassa sedang. Namun, ini belum cukup.
Para peneliti memutuskan untuk menguji temuan mereka pada pulsar - sisa-sisa kompak dari bintang mati, sinyal radio yang telah dipelajari para astronom untuk dilacak dengan cukup baik. Jika NGC 104 berisi lubang hitam bermassa menengah, maka pulsar tidak dapat ditempatkan terlalu dekat dengan pusat 47 Toucan - dan sebaliknya. Seperti yang diharapkan penulis, skenario pertama telah dikonfirmasi: lokasi pulsar di NGC 104 berkorelasi baik dengan fakta bahwa ada lubang hitam dengan massa rata-rata di tengah cluster.
Para penulis percaya bahwa objek gravitasi semacam ini dapat ditemukan di pusat gugus bola lainnya - mungkin, di mana mereka belum atau tidak sedang dicari. Ini membutuhkan pertimbangan yang cermat dari masing-masing cluster ini. Peran apa yang dimainkan lubang hitam bermassa menengah dan bagaimana kemunculannya? Belum diketahui secara pasti. Terlepas dari banyaknya pilihan untuk evolusi lebih lanjut, rekan penulis studi Bulent Kiziltan percaya bahwa "mereka mungkin benih asli yang tumbuh menjadi monster yang kita lihat hari ini di pusat galaksi."
Yuri Sukhov
