Para peneliti telah mengembangkan cara baru untuk menyelidiki lubang hitam supermasif dan evolusinya di alam semesta.
Ilmuwan di DENGAN, NASAdan di tempat lain telah mengembangkan metode untuk mengukur lubang hitam berputar menggunakan goyangan piringan akresi akibat peristiwa gangguan pasang surut. Teknik tersebut, yang melibatkan pelacakan kilatan sinar-X dari peristiwa-peristiwa ini, telah mengungkapkan putaran lubang hitam supermasif di dekatnya kurang dari 25% kecepatan cahaya. Pendekatan baru ini dapat membantu memahami sejarah evolusi lubang hitam di alam semesta.
Para astronom memiliki cara baru untuk mengukur seberapa cepat lubang hitam berputar, dengan menggunakan sisa goyangan dari pesta bintangnya.
Metode ini memanfaatkan peristiwa disrupsi pasang surut lubang hitam — momen yang sangat terang ketika lubang hitam mengerahkan pasang surut pada bintang yang lewat dan mencabik-cabiknya. Saat bintang tersebut diganggu oleh gaya pasang surut lubang hitam yang sangat besar, separuh bintang terhempas, sementara separuh lainnya terlempar di sekitar lubang hitam, menghasilkan cakram akresi yang sangat panas dari material bintang yang berputar.
Tim yang dipimpin MIT telah menunjukkan bahwa goyangan piringan akresi yang baru dibuat adalah kunci untuk mengetahui putaran yang melekat pada pusat lubang hitam.
Dalam sebuah studi yang baru-baru ini diterbitkan di Alampara astronom melaporkan bahwa mereka telah mengukur putaran lubang hitam supermasif di dekatnya dengan melacak pola kilatan sinar-X yang dihasilkan lubang hitam segera setelah peristiwa gangguan pasang surut. Tim tersebut mengikuti kilatan tersebut selama beberapa bulan dan menentukan bahwa kilatan tersebut kemungkinan merupakan sinyal cakram akresi yang sangat panas yang bergoyang maju mundur saat didorong dan ditarik oleh putaran lubang hitam itu sendiri.
Dengan melacak perubahan goyangan cakram dari waktu ke waktu, para ilmuwan dapat mengetahui seberapa besar cakram tersebut dipengaruhi oleh putaran lubang hitam, dan pada gilirannya, seberapa cepat lubang hitam itu sendiri berputar. Analisis mereka menunjukkan bahwa lubang hitam berputar pada kecepatan kurang dari 25 persen kecepatan cahaya — relatif lambat, seperti halnya lubang hitam.
Penulis utama studi tersebut, Ilmuwan Riset MIT Dheeraj “DJ” Pasham, mengatakan metode baru ini dapat digunakan untuk mengukur putaran ratusan lubang hitam di alam semesta lokal di tahun-tahun mendatang. Jika para ilmuwan dapat mensurvei putaran banyak lubang hitam di dekatnya, mereka dapat mulai memahami bagaimana gravitasi raksasa berevolusi sepanjang sejarah alam semesta.
“Dengan mempelajari beberapa sistem dalam beberapa tahun mendatang menggunakan metode ini, para astronom dapat memperkirakan distribusi keseluruhan putaran lubang hitam dan memahami pertanyaan lama tentang bagaimana mereka berevolusi seiring waktu,” kata Pasham, yang merupakan anggota Institut Kavli untuk Astrofisika dan Penelitian Luar Angkasa di MIT.
Penulis pendamping studi ini termasuk kolaborator dari sejumlah institusi, termasuk NASA, Universitas Masaryk di Republik CekoUniversitas Leeds, Universitas Syracuse, Universitas Tel Aviv, Akademi Ilmu Pengetahuan Polandia, dan tempat lain.
Setiap lubang hitam memiliki putaran inheren yang dibentuk oleh pertemuan kosmiknya dari waktu ke waktu. Jika, misalnya, sebuah lubang hitam tumbuh sebagian besar melalui akresi – kejadian singkat ketika beberapa material jatuh ke piringan, hal ini menyebabkan lubang hitam berputar dengan kecepatan yang cukup tinggi. Sebaliknya, jika lubang hitam tumbuh sebagian besar melalui penggabungan dengan lubang hitam lainnya, setiap penggabungan dapat memperlambat segalanya karena putaran satu lubang hitam bertemu dengan putaran lubang hitam lainnya.
Saat lubang hitam berputar, ia menyeret ruang-waktu di sekitarnya. Efek tarikan ini adalah contoh presesi Lense-Thirring, sebuah teori lama yang menjelaskan bagaimana medan gravitasi yang sangat kuat, seperti yang dihasilkan oleh lubang hitam, dapat menarik ruang dan waktu di sekitarnya. Biasanya, efek ini tidak akan terlihat jelas di sekitar lubang hitam, karena objek masif tersebut tidak memancarkan cahaya.
Namun dalam beberapa tahun terakhir, fisikawan telah mengusulkan bahwa, dalam kasus seperti selama peristiwa gangguan pasang surut, atau TDE, ilmuwan mungkin memiliki kesempatan untuk melacak cahaya dari puing-puing bintang saat ia terseret. Kemudian, mereka mungkin berharap untuk mengukur putaran lubang hitam.
Khususnya, selama TDE, para ilmuwan memperkirakan bahwa sebuah bintang dapat jatuh ke dalam lubang hitam dari segala arah, menghasilkan piringan materi panas berwarna putih yang tercabik-cabik yang dapat dimiringkan, atau tidak sejajar, sehubungan dengan putaran lubang hitam. (Bayangkan piringan akresi sebagai donat miring yang berputar mengelilingi lubang donat yang memiliki putaran tersendiri.) Saat piringan tersebut bertemu dengan putaran lubang hitam, ia bergetar saat lubang hitam menariknya agar sejajar. Pada akhirnya, goyangan tersebut mereda saat piringan tersebut masuk ke dalam putaran lubang hitam. Para ilmuwan meramalkan bahwa goyangan piringan TDE seharusnya menjadi tanda terukur dari putaran lubang hitam.
“Namun kuncinya adalah melakukan pengamatan yang tepat,” kata Pasham. “Satu-satunya cara untuk melakukannya adalah, segera setelah peristiwa gangguan pasang surut terjadi, Anda perlu menggunakan teleskop untuk mengamati objek ini secara terus-menerus, dalam waktu yang sangat lama, sehingga Anda dapat menyelidiki semua jenis rentang waktu, dari menit hingga bulan.”
Selama lima tahun terakhir, Pasham telah mencari peristiwa gangguan pasang surut yang cukup terang dan cukup dekat untuk segera ditindaklanjuti dan dilacak tanda-tanda presesi Lense-Thirring. Pada bulan Februari 2020, ia dan rekan-rekannya beruntung, dengan terdeteksinya AT2020ocn, kilatan terang yang berasal dari galaksi sekitar satu miliar tahun cahaya jauhnya, yang awalnya terlihat dalam pita optik oleh Fasilitas Transien Zwicky.
Dari data optik, kilatan cahaya tersebut tampak sebagai momen pertama setelah TDE. Karena terang dan relatif dekat, Pasham menduga TDE mungkin merupakan kandidat ideal untuk mencari tanda-tanda goyangan cakram, dan mungkin mengukur putaran lubang hitam di pusat galaksi induk. Namun untuk itu, ia memerlukan lebih banyak data.
“Kami memerlukan data yang cepat dan berirama tinggi,” kata Pasham. “Kuncinya adalah mendeteksi hal ini sejak dini karena presesi, atau goyangan, seharusnya hanya terjadi sejak dini. Jika terjadi lebih lambat, cakram tidak akan goyang lagi.”
Tim menemukan bahwa teleskop NICER milik NASA mampu menangkap TDE dan terus mengawasinya selama berbulan-bulan. NICER — singkatan dari Neutron Star Interior Composition ExploreR — adalah teleskop sinar-X di Stasiun ruang angkasa Internasional yang mengukur radiasi sinar-X di sekitar lubang hitam dan objek gravitasi ekstrem lainnya.
Pasham dan rekan-rekannya meneliti pengamatan NICER terhadap AT2020ocn selama 200 hari setelah deteksi awal peristiwa gangguan pasang surut. Mereka menemukan bahwa peristiwa tersebut memancarkan sinar-X yang tampaknya mencapai puncaknya setiap 15 hari, selama beberapa siklus, sebelum akhirnya mereda. Mereka menafsirkan puncak tersebut sebagai saat-saat ketika cakram akresi TDE bergoyang ke arah depan, memancarkan sinar-X langsung ke teleskop NICER, sebelum bergoyang menjauh saat terus memancarkan sinar-X (mirip dengan melambaikan senter ke arah dan menjauhi seseorang setiap 15 hari).
Para peneliti mengambil pola goyangan ini dan menerapkannya ke dalam teori asli presesi Lense-Thirring. Berdasarkan perkiraan massa lubang hitam, dan massa bintang yang terganggu, mereka dapat memperkirakan putaran lubang hitam – kurang dari 25 persen kecepatan cahaya.
Hasil mereka menandai pertama kalinya para ilmuwan menggunakan pengamatan cakram yang bergoyang setelah peristiwa gangguan pasang surut untuk memperkirakan putaran lubang hitam.
“Lubang hitam adalah objek yang menakjubkan dan aliran material yang kita lihat jatuh ke dalamnya dapat menghasilkan beberapa peristiwa paling terang di alam semesta,” kata rekan penulis studi Chris Nixon, profesor fisika teoretis di Universitas Leeds. “Meskipun masih banyak yang belum kami pahami, ada fasilitas observasi menakjubkan yang terus mengejutkan kami dan membuka jalan baru untuk dijelajahi. Peristiwa ini adalah salah satu kejutannya.”
Ketika teleskop baru seperti Observatorium Rubin mulai beroperasi dalam beberapa tahun mendatang, Pasham meramalkan lebih banyak peluang untuk mengungkap putaran lubang hitam.
“Putaran lubang hitam supermasif memberi tahu Anda tentang sejarah lubang hitam tersebut,” kata Pasham. “Bahkan jika sebagian kecil dari sinyal yang ditangkap Rubin memiliki sinyal seperti ini, kami sekarang memiliki cara untuk mengukur putaran ratusan TDE. Kemudian kita bisa membuat pernyataan besar tentang bagaimana lubang hitam berevolusi seiring bertambahnya usia alam semesta.”
Referensi: “Presesi Lensa–Thirring setelah lubang hitam supermasif mengganggu bintang” oleh Dheeraj R. Pasham, Michal Zajaček, CJ Nixon, Eric R. Coughlin, Marzena Śniegowska, Agnieszka Janiuk, Bożena Czerny, Thomas Wevers, Muryel Guolo, Yukta Ajay dan Michael Loewenstein, 22 Mei 2024, Alam.
DOI: 10.1038/s41586-024-07433-w
Penelitian ini didanai sebagian oleh NASA dan Badan Antariksa Eropa.
RisalahPos.com Network