Dua makalah penelitian baru memungkinkan kita untuk lebih dekat ke ruang angkasa yang dekat dengan cakrawala peristiwa dan untuk membentuk gambar peristiwa di wilayah di mana orbit stabil yang paling dekat dengan lubang hitam berada. Penulis kedua studi tersebut melihat emisi periodik yang terjadi ketika materi hitam mulai menyerap materi baru.
Lubang hitam sendiri menyerap semua cahaya di luar cakrawala peristiwa mereka, dan ruang di luar cakrawala peristiwa tersebut biasanya memancarkan cahaya tersebut dalam jumlah besar. Ini karena materi yang jatuh ke lubang hitam memiliki muatan energi yang sangat besar. Ia kehilangan torsi dan menabrak materi lain di orbit sekitar lubang hitam. Jadi, meskipun kita tidak bisa mendapatkan gambar lubang hitam secara langsung, kita bisa menarik beberapa kesimpulan tentang propertinya menggunakan cahaya dari lingkungan yang diciptakannya.
Minggu ini, dua makalah penelitian telah diterbitkan yang memungkinkan kita untuk lebih dekat ke ruang angkasa yang dekat dengan cakrawala peristiwa dan untuk membentuk gambar peristiwa di wilayah di mana orbit stabil yang paling dekat dengan lubang hitam berada. Penulis salah satu makalah ini sampai pada kesimpulan berikut: lubang hitam supermasif berputar sangat cepat sehingga titik di permukaannya bergerak dengan kecepatan sekitar setengah kecepatan cahaya.
Glow echo
Penulis kedua studi tersebut melihat emisi periodik yang terjadi ketika materi hitam mulai menyerap materi baru. Zat ini disalurkan ke dalam lubang melalui struktur datar yang berpusat di lubang hitam. Struktur ini disebut cakram akresi. Saat materi baru muncul, disk memanas, membuat lubang hitam lebih terang. Karena itu, perubahan terjadi di ruang sekitarnya. Penulis kedua studi sedang mencari jawaban atas pertanyaan tentang apa yang dapat diberitahukan oleh perubahan ini tentang lubang hitam dan ruang di sekitarnya.
Dalam salah satu makalah ini, perhatian para ilmuwan difokuskan pada lubang hitam bermassa bintang, yaitu 10 kali massa Matahari. Menanggapi materi yang masuk ke dalam, salah satu bintang ini menciptakan peristiwa sementara yang disebut MAXI J1820 + 070. Namanya diambil dari instrumen MAXI di ISS, yang dirancang untuk melakukan pengamatan astronomi dalam rentang sinar-X. Menyusul penemuan peristiwa ini, dimungkinkan untuk melakukan pengamatan baru menggunakan peralatan ISS yang disebut NICER, yang memeriksa komposisi internal bintang neutron. Peralatan ini dapat melakukan pengukuran sangat cepat terhadap sinar-X yang dipancarkan oleh sumber astronomi, sehingga Anda dapat memantau perubahan jangka pendek suatu objek secara efektif.
Dalam hal ini, instrumen NICER digunakan untuk menganalisis "gema cahaya". Intinya adalah bahwa selain cakram akresi, lubang hitam memiliki korona, yaitu gelembung materi bermuatan energi yang terletak di atas dan di bawah bidang cakram. Korona ini sendiri memancarkan sinar-X yang dapat dideteksi dengan instrumen. Tapi sinar-X ini juga mengenai cakram akresi, dan beberapa di antaranya dipantulkan ke arah kita. Gema cahaya seperti itu dapat memberi tahu kita beberapa detail tentang disk akresi.
Video promosi:
Memecahkan misteri
Dalam hal ini, gema cahaya membantu memecahkan teka-teki tersebut. Gambar yang diambil dari lubang hitam super padat di pusat galaksi menunjukkan bahwa cakram akresi telah meluas di sepanjang orbit stabil terdekat ke lubang hitam. Namun, pengukuran lubang hitam bermassa bintang menunjukkan bahwa tepi cakram akresi jauh lebih jauh. Karena sifat fisik tidak mungkin berubah dengan ukuran, pengukuran ini agak membingungkan para ilmuwan.
Analisis baru menunjukkan bahwa ada sifat variabel dan konstanta dalam sinar-X MAXI J1820 + 070. Properti konstanta menunjukkan bahwa disk akresi yang membuat gema tidak mengubah lokasinya sama sekali. Dan properti variabel menunjukkan bahwa ketika lubang hitam melahap materi, korona menjadi lebih kompak, dan oleh karena itu sumber sinar-X bergeser. Rincian sinyal konstan menunjukkan bahwa piringan akresi lebih dekat ke lubang hitam. Berkat ini, pengukuran baru ini sepenuhnya sesuai dengan apa yang kita ketahui tentang lubang hitam versi super padat.
Kematian bintang
Di wilayah super padat adalah objek ASASSN-14li, ditemukan selama eksplorasi otomatis supernova. Objek ini memiliki sifat-sifat yang biasa ditemukan pada peristiwa yang disebut gangguan pasang surut. Selama peristiwa semacam itu, lubang hitam, dengan gaya gravitasinya, merobek bintang yang terlalu dekat dengannya. Namun pengamatan selanjutnya menunjukkan bahwa sinyal ini memiliki struktur yang agak aneh. Setiap 130 detik, itu memberikan ledakan untuk waktu yang singkat.
Sinyal ini tidak jauh berbeda dengan latar belakang tempat terjadinya kehancuran bintang, tetapi dideteksi oleh tiga instrumen berbeda, yang menunjukkan bahwa sesuatu sedang terjadi secara berkala. Penjelasan paling sederhana adalah bagian dari bintang jatuh ke orbit di sekitar lubang hitam. Frekuensi orbit tersebut bergantung pada massa dan kecepatan rotasi lubang hitam, serta jarak antara lubang hitam dan objek yang mengorbit di sekitarnya. Dengan cara lain, rotasi lubang hitam sulit diukur, dan oleh karena itu para ilmuwan mereproduksi simulasi berkali-kali, menguji berbagai konfigurasi sistem lubang hitam.
Massa lubang hitam ditentukan berdasarkan ukuran galaksi tempatnya berada. Ada hubungan sederhana antara kecepatan rotasi dan jarak orbit: semakin dekat sesuatu ke lubang hitam, semakin lambat lubang hitam berputar sehingga benda bergerak di orbit dengan kecepatan yang sama. Jadi, dengan menghitung kemungkinan orbit terdekat, para ilmuwan dapat menentukan nilai minimum kecepatan rotasi.
Perhitungan yang dilakukan menunjukkan bahwa lubang hitam berputar setidaknya dengan kecepatan sedemikian rupa sehingga sebuah titik di permukaannya bergerak dengan kecepatan setengah kecepatan cahaya. (Untuk mendapatkan gambaran yang lebih baik, harus dikatakan bahwa lubang hitam super padat bisa sangat besar sehingga jari-jarinya sama dengan jari-jari orbit Saturnus atau Neptunus.) Jika materi mengorbit sedikit lebih jauh dari pusatnya, maka lubang hitam juga bisa. mempercepat rotasinya.
Kami belum dapat memperoleh gambar lubang hitam secara langsung, tetapi penelitian telah menunjukkan bahwa banyak peristiwa terjadi di dalamnya, yang dapat memberi kami banyak data tentang perilaku mereka di alam semesta. Dan ini memungkinkan kita untuk membuat kesimpulan tertentu tentang sifat-sifat lubang hitam itu sendiri, serta tentang materi yang menunggu di sayap untuk masuk ke dalamnya. Kami juga mulai mendapatkan informasi dari pengamatan gelombang gravitasi yang memberi kami gambaran tentang massa dan rotasi lubang hitam yang bertabrakan. Secara keseluruhan, data ini menghilangkan lingkaran ketidakjelasan dari lubang hitam, dan mereka bukan lagi wilayah yang belum dijelajahi bagi kita.
John Timmer
