Para peneliti telah mengonfirmasi keberadaan lubang hitam bermassa menengah di inti Omega Centauri, gugusan yang pernah membentuk jantung galaksi terpisah. Temuan ini meningkatkan pemahaman kita tentang evolusi lubang hitam dan dinamika galaksi. (Konsep artis.) Kredit: SciTechDaily.com
Para peneliti mengkonfirmasi adanya massa menengah lubang hitam di pusat Omega Centauri, mendukung teori asal usulnya sebagai inti galaksi yang berbeda yang bergabung dengan Bima Sakti.
Bintang-bintang yang bergerak cepat yang baru diidentifikasi di gugus bintang Omega Centauri memberikan bukti kuat adanya lubang hitam di pusat gugus tersebut. Dengan setidaknya 8.200 massa matahari, gugus tersebut merupakan kandidat terbaik untuk kelas lubang hitam yang telah lama diyakini keberadaannya oleh para astronom: lubang hitam bermassa menengah, yang terbentuk pada tahap awal evolusi galaksi. Penemuan tersebut memperkuat argumen bahwa Omega Centauri merupakan wilayah inti galaksi yang ditelan oleh Bima Sakti miliaran tahun yang lalu. Setelah bintang-bintang luarnya dilucuti, inti galaksi tersebut tetap “membeku dalam waktu” sejak saat itu. Studi tersebut telah dipublikasikan di jurnal Nature.
Dari kiri ke kanan: Gugus bintang globular Omega Centauri secara keseluruhan, versi area pusat yang diperbesar, dan wilayah di bagian tengah dengan lokasi lubang hitam berukuran sedang yang diidentifikasi dalam penelitian ini ditandai. Kredit: ESA/Hubble, NASA, Maximilian Häberle (MPIA)
Menemukan Jantung Omega Centauri
Omega Centauri adalah kumpulan spektakuler sekitar sepuluh juta bintang, yang terlihat seperti noda di langit malam dari garis lintang Selatan. Melalui teleskop kecil, gugusan ini tampak tidak berbeda dari gugusan bola lainnya: kumpulan bintang berbentuk bola, yang begitu padat di bagian tengahnya sehingga mustahil untuk membedakan bintang-bintang satu per satu.
Namun kini sebuah studi baru, yang dipimpin oleh Maximilian Häberle (Institut Astronomi Max Planck), mengonfirmasi apa yang telah lama diduga para astronom: Omega Centauri berisi sebuah lubang hitam di pusatnya. Lubang hitam tersebut tampaknya merupakan “mata rantai yang hilang” antara kerabatnya yang bintang dan supermasif: Terjebak dalam tahap evolusi peralihan, massanya jauh lebih kecil daripada lubang hitam biasa di pusat galaksi. Omega Centauri tampaknya merupakan inti dari galaksi kecil yang terpisah yang evolusinya terhenti ketika Bima Sakti menelannya.
Spektrum Lubang Hitam
Dalam astronomi, lubang hitam memiliki rentang massa yang berbeda-beda. Lubang hitam bintang, yang massanya antara satu hingga beberapa lusin massa matahari, sudah dikenal luas, begitu pula lubang hitam supermasif dengan massa jutaan atau bahkan miliaran Matahari. Gambaran kita saat ini tentang evolusi galaksi menyatakan bahwa galaksi-galaksi paling awal seharusnya memiliki lubang hitam pusat berukuran sedang, yang akan tumbuh seiring waktu seiring galaksi-galaksi tersebut berevolusi, melahap galaksi-galaksi yang lebih kecil (seperti yang terjadi pada Bima Sakti kita) atau bergabung dengan galaksi-galaksi yang lebih besar.
Lubang hitam berukuran sedang seperti itu sangat sulit ditemukan. Galaksi seperti Bima Sakti kita telah lama melampaui fase peralihan itu dan kini mengandung lubang hitam pusat yang jauh lebih besar. Galaksi yang tetap kecil (“galaksi kerdil”) umumnya sulit diamati. Dengan teknologi yang tersedia saat ini, pengamatan wilayah pusatnya yang dapat mendeteksi lubang hitam pusat sangatlah menantang. Meskipun ada kandidat yang menjanjikan, belum ada deteksi pasti lubang hitam bermassa menengah seperti itu – hingga saat ini.
Video zoom ini dimulai dengan gambaran umum langit dan diakhiri dengan gambar Teleskop Luar Angkasa Hubble di pusat Omega Centauri. Terakhir, orbit bintang-bintang di sekitar lubang hitam diperlihatkan. Kredit: T. Müller (MPIA/HdA), musik: K. Jäger (MPIA)
Galaksi (Inti) yang Membeku dalam Waktu
Di sinilah Omega Centauri istimewa. Jika dulunya merupakan inti galaksi yang terpisah, yang kemudian bergabung dengan Bima Sakti dan kehilangan semua bintang kecuali gugusan bintang di pusatnya dalam proses tersebut, inti galaksi yang tersisa dan lubang hitam di pusatnya akan “membeku dalam waktu”: Tidak akan ada penggabungan lebih lanjut, dan tidak ada cara bagi lubang hitam di pusat untuk tumbuh. Lubang hitam akan dipertahankan pada ukuran yang dimilikinya saat Omega Centauri ditelan oleh Bima Sakti, memberikan gambaran sekilas tentang mata rantai yang hilang antara lubang hitam bermassa rendah di awal dan lubang hitam supermasif di kemudian hari.
Untuk menguji hipotesis ini, perlu untuk benar-benar mendeteksi lubang hitam di pusat Omega Centauri, dan deteksi pastinya belum berhasil dilakukan oleh para astronom hingga saat ini. Meskipun ada bukti dari model skala besar tentang gerakan bintang-bintang di gugusan tersebut, bukti tersebut masih menyisakan ruang untuk keraguan: Mungkin tidak ada lubang hitam di pusat sama sekali.
Video ini menunjukkan secara skematis bagaimana Omega Cen diamati dengan Teleskop Luar Angkasa Hubble. Anda dapat melihat posisi detektor kamera selama 800 gambar individual. Di bagian akhir, ditampilkan gambar yang dibuat oleh para astronom dari paparan tersebut. Kredit: M. Häberle (MPIA)
Terobosan dalam Deteksi Lubang Hitam
Ketika Nadine Neumayer, seorang pemimpin kelompok di Institut Astronomi Max Planck, dan Anil Seth dari Universitas Utah merancang sebuah proyek penelitian yang ditujukan untuk meningkatkan pemahaman mengenai sejarah pembentukan Omega Centauri pada tahun 2019, mereka menyadari bahwa ini adalah kesempatan untuk menuntaskan pertanyaan mengenai lubang hitam di pusat gugus tersebut untuk selamanya: Jika mereka mampu mengidentifikasi bintang-bintang yang bergerak cepat di sekitar lubang hitam di pusat Omega Centauri, hal itu akan menjadi bukti yang kuat, sekaligus cara untuk mengukur massa lubang hitam tersebut.
Pencarian yang sulit itu menjadi tugas Maximilian Häberle, seorang mahasiswa PhD di Max-Planck Institute for Astronomy. Häberle memimpin pekerjaan pembuatan katalog besar untuk pergerakan bintang-bintang di Omega Centauri, mengukur kecepatan 1,4 juta bintang dengan mempelajari lebih dari 500 gambar Hubble dari gugusan tersebut. Sebagian besar gambar ini telah diproduksi untuk tujuan kalibrasi instrumen Hubble dan bukan untuk penggunaan ilmiah. Namun dengan pandangan mereka yang terus-menerus terhadap Omega Centauri, gambar-gambar tersebut ternyata menjadi kumpulan data yang ideal untuk upaya penelitian tim tersebut.
Häberle berkata: “Mencari bintang-bintang berkecepatan tinggi dan mendokumentasikan gerakannya ibarat mencari jarum dalam tumpukan jerami.” Namun pada akhirnya, Häberle tidak hanya memiliki katalog gerakan bintang-bintang di Omega Centauri yang paling lengkap (diterbitkan dalam artikel terpisah). Ia juga menemukan bukan hanya satu, tetapi tujuh jarum dalam tumpukan jerami arsipnya: tujuh bintang yang bergerak cepat dan menjadi tanda di wilayah kecil di pusat Omega Centauri.
Mengungkap Lubang Hitam
Bintang-bintang yang bergerak cepat itu bergerak cepat karena adanya massa terkonsentrasi di dekatnya. Untuk satu bintang, mustahil untuk mengetahui apakah bintang itu bergerak cepat karena massa pusatnya besar atau karena bintang itu sangat dekat dengan massa pusat – atau apakah bintang itu hanya terbang lurus, tanpa massa yang terlihat. Namun, tujuh bintang seperti itu, dengan kecepatan dan arah gerak yang berbeda, memungkinkan Häberle dan rekan-rekannya untuk memisahkan efek yang berbeda dan menentukan bahwa ada massa pusat di Omega Centauri, dengan massa setidaknya 8.200 matahari. Gambar-gambar itu tidak menunjukkan objek yang terlihat di lokasi yang diduga dari massa pusat itu, seperti yang diharapkan untuk lubang hitam.
Analisis yang lebih luas tidak hanya memungkinkan Häberle untuk menentukan kecepatan tujuh bintang berkecepatan tinggi miliknya. Analisis tersebut juga mempersempit lokasi di mana wilayah pusat, berdiameter tiga bulan cahaya (pada gambar, tiga detik busur), berada di dalam Omega Centauri. Selain itu, analisis tersebut memberikan kepastian statistik: Sebuah bintang berkecepatan tinggi tunggal dalam gambar tersebut mungkin bahkan bukan milik Omega Centauri. Itu bisa jadi bintang di luar gugus yang lewat tepat di belakang atau di depan pusat Omega Centauri secara kebetulan. Di sisi lain, pengamatan terhadap tujuh bintang tersebut tidak bisa menjadi kebetulan murni dan tidak memberikan ruang untuk penjelasan selain lubang hitam.
Akhirnya Sebuah Lubang Hitam Bermassa Menengah
Neumayer berkata: “Penelitian sebelumnya telah memicu pertanyaan kritis seperti ‘Jadi di manakah bintang-bintang berkecepatan tinggi?’ Sekarang kita memiliki jawaban untuk itu dan konfirmasi bahwa Omega Centauri mengandung lubang hitam bermassa menengah. Pada jarak sekitar 18.000 tahun cahaya, ini adalah contoh lubang hitam masif terdekat yang diketahui.” Lubang hitam supermasif di pusat Bima Sakti berada pada jarak sekitar 27.000 tahun cahaya. Deteksi ini tidak hanya menjanjikan penyelesaian perdebatan selama satu dekade tentang lubang hitam bermassa menengah di Omega Centauri. Deteksi ini juga menyediakan kandidat terbaik sejauh ini untuk mendeteksi lubang hitam bermassa menengah secara umum.
Mengingat temuan mereka, Neumayer, Häberle, dan rekan-rekan mereka kini berencana untuk meneliti pusat Omega Centauri secara lebih rinci. Mereka telah memperoleh persetujuan untuk mengukur pergerakan bintang berkecepatan tinggi tersebut ke arah atau menjauhi Bumi (kecepatan garis pandang) menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webbdan ada instrumen masa depan (GRAVITY+ di ITUVLT (MICADO di Extremely Large Telescope) milik NASA yang dapat menentukan posisi bintang dengan lebih akurat daripada Hubble. Tujuan jangka panjangnya adalah untuk menentukan bagaimana bintang-bintang berakselerasi: bagaimana orbitnya melengkung. Namun, mengikuti bintang-bintang tersebut sekali mengelilingi seluruh orbitnya, seperti dalam pengamatan pemenang hadiah Nobel di dekat lubang hitam di pusat Bima Sakti, merupakan proyek untuk generasi astronom masa depan. Massa lubang hitam yang lebih kecil untuk Omega Centauri berarti skala waktu sepuluh kali lebih besar daripada untuk Bima Sakti: periode orbit lebih dari seratus tahun.
Informasi latar belakang
Pekerjaan yang dijelaskan di sini telah dipublikasikan sebagai M. Häberle et al., “Bintang yang bergerak cepat di sekitar lubang hitam bermassa menengah di ω Centauri” dalam jurnal AlamKatalog bintang yang menjadi dasar karya ini telah diterima untuk dipublikasikan sebagai M. Häberle et al., “oMEGACat II — Fotometri dan gerakan yang tepat untuk 1,4 juta bintang di Omega Centauri dan rotasinya di bidang langit” dalam Jurnal Astrofisika.
Untuk informasi lebih lanjut mengenai penemuan ini, lihat Mata Rantai yang Hilang Terungkap: Hubble Mengungkap Lubang Hitam Tersembunyi di Omega Centauri.
Referensi:
“Bintang-bintang yang bergerak cepat di sekitar lubang hitam bermassa menengah di ω Centauri” oleh Maximilian Häberle, Nadine Neumayer, Anil Seth, Andrea Bellini, Mattia Libralato, Holger Baumgardt, Matthew Whitaker, Antoine Dumont, Mayte Alfaro-Cuello, Jay Anderson, Callie Clontz, Nikolay Kacharov, Sebastian Kamann, Anja Feldmeier-Krause, Antonino Milone, Maria Selina Nitschai, Renuka Pechetti dan Glenn van de Ven, 10 Juli 2024, Alam.
DOI: 10.1038/s41586-024-07511-z
“oMEGACat II — Fotometri dan gerak sejati untuk 1,4 juta bintang di Omega Centauri dan rotasinya di bidang langit” oleh Maximilian Häberle, Nadine Neumayer, Andrea Bellini, Mattia Libralato, Callie Clontz, Anil C. Seth, Maria Selina Nitschai, Sebastian Kamann, Mayte Alfaro-Cuello, Jay Anderson, Stefan Dreizler, Anja Feldmeier-Krause, Nikolay Kacharov, Marilyn Latour, Antonino Milone, Renuka Pechetti, Glenn van de Ven, Karina Voggel, Diterima, Jurnal Astrofisika.
arXiv:2404.03722
Para ilmuwan MPIA yang terlibat adalah Maximilian Häberle, Nadine Neumayer, Antoine Dumont, Callie Clontz (juga Universitas Utah), Anja Feldmeier-Krause (juga Universitas Wina) dan Maria Selina Nitschai, bekerja sama dengan Anil Seth (Universitas Utah), Andrea Bellini (Institut Sains Teleskop Luar Angkasa), Mattia Libralato (ESA dan INAF Padova), Holger Baumgardt (Universitas Queensland), Matthew Whitaker (Universitas Utah), Mayte Alfaro Cuello (Universidad Central de Chile), Jay Anderson (Institut Sains Teleskop Luar Angkasa), Nikolay Kacharov (Institut Leibniz untuk Astrofisika Potsdam), Sebastian Kamann (Universitas Liverpool John Moores), Antonino Milone (Universitas Padova), Renuka Pechetti (Universitas Liverpool John Moores), dan Glenn van de Ven (Universitas Wina).
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
