XVUScience - Bunyi Sinar-X Terdengar Di Dekat Horizon Saat Kejadian Black Hole Menelan Bintang | Pada 22 November 2014, para astronom melihat peristiwa langka di langit malam: Sebuah lubang hitam supermasif di pusat galaksi, hampir 300 juta tahun cahaya dari Bumi, merobek bintang yang lewat. Peristiwa itu, yang dikenal sebagai suar gangguan pasang surut, karena tarikan pasang surut lubang hitam yang membuat bintang terpisah, menciptakan ledakan aktivitas sinar-X di dekat pusat galaksi. Sejak itu, sejumlah observatorium telah melatih pandangan mereka pada acara tersebut, dengan harapan dapat mengetahui lebih banyak tentang bagaimana cara memberi makan lubang hitam.
Sekarang para peneliti di MIT dan di tempat lain telah meneliti data dari beberapa pengamatan teleskop tentang peristiwa tersebut, dan menemukan denyut yang intens, stabil, dan periodik, atau sinyal, dari sinar-X, di semua dataset. Sinyal tampaknya berasal dari suatu area yang sangat dekat dengan horizon peristiwa lubang hitam - titik di mana material tertelan tak terhindarkan oleh lubang hitam. Sinyal tampak secara berkala mencerahkan dan memudar setiap 131 detik, dan bertahan selama setidaknya 450 hari.
Para peneliti percaya bahwa apa pun yang memancarkan sinyal periodik harus mengorbit lubang hitam, tepat di luar cakrawala peristiwa, dekat Innermost Stable Circular Orbit, atau ISCO - orbit terkecil di mana sebuah partikel dapat dengan aman melakukan perjalanan di sekitar lubang hitam.
Mengingat kedekatan sinyal yang stabil dengan lubang hitam, dan massa lubang hitam, yang sebelumnya diperkirakan oleh para peneliti sekitar 1 juta kali matahari, tim telah menghitung bahwa lubang hitam berputar pada kecepatan cahaya sekitar 50 persen.
Temuan ini, yang dilaporkan hari ini di jurnal Science, adalah demonstrasi pertama dari semburan gangguan pasang surut yang digunakan untuk memperkirakan putaran lubang hitam.
Penulis pertama studi ini, Dheeraj Pasham, seorang postdoc di MIT's Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, mengatakan bahwa sebagian besar lubang hitam supermasif tidak aktif dan biasanya tidak banyak memancarkan radiasi sinar-X. Hanya sesekali mereka akan melepaskan ledakan aktivitas, seperti ketika bintang-bintang cukup dekat untuk membuat lubang hitam menelan mereka. Sekarang dia mengatakan bahwa, mengingat hasil tim, suar gangguan pasang surut seperti itu dapat digunakan untuk memperkirakan putaran lubang hitam supermasif - sebuah karakteristik yang, sampai sekarang, sangat sulit untuk dijabarkan.
"Peristiwa di mana lubang hitam merobek bintang yang terlalu dekat dengan mereka dapat membantu kita memetakan putaran beberapa lubang hitam supermasif yang tidak aktif dan tersembunyi di pusat galaksi," kata Pasham. "Ini pada akhirnya bisa membantu kita memahami bagaimana galaksi berevolusi dari waktu ke waktu kosmik."
Rekan penulis Pasham termasuk Ronald Remillard, Jeroen Homan, Deepto Chakrabarty, Frederick Baganoff, dan James Steiner dari MIT; Alessia Franchini di Universitas Nevada; Chris Fragile dari College of Charleston; Nicholas Stone dari Universitas Columbia; Eric Coughlin dari University of California di Berkeley; dan Nishanth Pasham, dari Sunnyvale, California.
Sinyal nyata
Model teoritis dari gangguan pasang surut menunjukkan bahwa ketika sebuah lubang hitam merobek bintang, beberapa materi bintang itu mungkin tetap berada di luar horizon peristiwa, berputar, setidaknya untuk sementara waktu, dalam orbit yang stabil seperti ISCO, dan mengeluarkan kilasan berkala dari Sinar-X sebelum akhirnya diumpankan oleh lubang hitam. Dengan demikian, periodisitas sinar-X berkedip mengkodekan informasi kunci tentang ukuran ISCO, yang dengan sendirinya ditentukan oleh seberapa cepat lubang hitam berputar.
Pasham dan rekan-rekannya berpikir bahwa jika mereka dapat melihat semburan biasa seperti itu sangat dekat dengan lubang hitam yang telah mengalami peristiwa gangguan pasang surut baru-baru ini, sinyal-sinyal ini dapat memberi mereka gambaran tentang seberapa cepat lubang hitam itu berputar.
Mereka memfokuskan pencarian mereka pada ASASSN-14li, acara gangguan pasang surut yang diidentifikasi oleh para astronom pada November 2014, menggunakan All-Sky Automated Survey untuk SuperNovae (ASASSN) yang berbasis di darat.
"Sistem ini menarik karena kami pikir itu adalah anak poster untuk gangguan pasang surut," kata Pasham. "Peristiwa khusus ini tampaknya cocok dengan banyak prediksi teoretis."
Tim melihat melalui kumpulan data yang diarsipkan dari tiga observatorium yang mengumpulkan pengukuran sinar-X dari peristiwa tersebut sejak penemuannya: observatorium ruang angkasa XMM-Newton dari Badan Antariksa Eropa, dan observatorium Chandra dan Swift NASA yang berbasis ruang angkasa. Pasham sebelumnya mengembangkan kode komputer untuk mendeteksi pola periodik dalam data astrofisika, meskipun tidak untuk kejadian gangguan pasang surut secara khusus. Dia memutuskan untuk menerapkan kodenya ke tiga dataset untuk ASASSN-14li, untuk melihat apakah ada pola periodik umum yang akan muncul ke permukaan.
Yang dia amati adalah ledakan radiasi sinar-X yang kuat, stabil, dan berkala yang tampaknya datang dari sangat dekat dengan tepi lubang hitam. Sinyal berdenyut setiap 131 detik, lebih dari 450 hari, dan sangat intens - sekitar 40 persen di atas rata-rata kecerahan X-ray lubang hitam.
"Awalnya saya tidak percaya karena sinyalnya sangat kuat," kata Pasham. "Tapi kami melihatnya di ketiga teleskop. Jadi pada akhirnya, sinyalnya nyata."
Berdasarkan sifat-sifat sinyal, dan massa serta ukuran lubang hitam, tim memperkirakan bahwa lubang hitam itu berputar setidaknya 50 persen kecepatan cahaya.
"Itu tidak super cepat - ada lubang hitam lainnya dengan putaran diperkirakan mendekati 99 persen kecepatan cahaya," kata Pasham. "Tapi ini adalah pertama kalinya kita bisa menggunakan suar gangguan pasang surut untuk membatasi putaran lubang hitam supermasif."
Menerangi yang tak terlihat
Setelah Pasham menemukan sinyal periodik, terserah para ahli teori dalam tim untuk menemukan penjelasan tentang apa yang mungkin dihasilkannya. Tim ini datang dengan berbagai skenario, tetapi skenario yang tampaknya paling mungkin untuk menghasilkan sinar X-ray yang kuat dan teratur tidak hanya melibatkan lubang hitam merobek-robek bintang yang lewat, tetapi juga jenis bintang yang lebih kecil, yang dikenal sebagai putih. kerdil, mengorbit dekat lubang hitam.
Katai putih semacam itu mungkin telah mengitari lubang hitam supermasif, di ISCO - orbit melingkar paling stabil yang stabil - untuk beberapa waktu. Sendiri, itu tidak akan cukup untuk memancarkan segala jenis radiasi yang terdeteksi. Untuk semua maksud dan tujuan, kurcaci putih tidak akan terlihat oleh teleskop karena mengelilingi lubang hitam yang relatif tidak aktif dan berputar.
Sekitar 22 November 2014, sebuah bintang kedua melewati cukup dekat dengan sistem sehingga lubang hitam merobeknya dalam suar gangguan pasang surut yang memancarkan sejumlah besar radiasi sinar-X, dalam bentuk bahan bintang yang panas, parut. Saat lubang hitam menarik material ini ke dalam, beberapa puing bintang jatuh ke lubang hitam, sementara beberapa lainnya tetap berada di luar, di orbit paling dalam yang paling stabil - orbit yang sama di mana kurcaci putih berputar. Saat kurcaci putih bersentuhan dengan material bintang panas ini, kemungkinan besar menyeretnya sebagai mantel bercahaya, menerangi kurcaci putih dalam jumlah besar sinar-X setiap kali mengelilingi lubang hitam, setiap 131 detik.
Para ilmuwan mengakui bahwa skenario seperti itu akan sangat langka dan hanya akan bertahan selama beberapa ratus tahun paling lama - sekejap mata dalam skala kosmik. Peluang mendeteksi skenario seperti itu akan sangat tipis.
"Masalah dengan skenario ini adalah bahwa, jika Anda memiliki lubang hitam dengan massa yang 1 juta kali lipat dari matahari, dan kurcaci putih mengitarinya, maka pada titik tertentu hanya dalam beberapa ratus tahun, kurcaci putih akan terjun ke lubang hitam, "kata Pasham. "Kami akan sangat beruntung menemukan sistem seperti itu. Tetapi setidaknya dalam hal sifat-sifat sistem, skenario ini tampaknya berhasil."
Signifikansi menyeluruh hasil 'adalah bahwa mereka menunjukkan adalah mungkin untuk membatasi putaran lubang hitam, dari peristiwa gangguan pasut, menurut Pasham. Ke depannya, ia berharap dapat mengidentifikasi pola stabil yang serupa dalam peristiwa merobek-robek bintang lainnya, dari lubang hitam yang berada lebih jauh ke belakang dalam ruang dan waktu.
"Dalam dekade berikutnya, kami berharap dapat mendeteksi lebih banyak peristiwa ini," kata Pasham. "Memperkirakan putaran beberapa lubang hitam dari awal waktu hingga sekarang akan sangat berharga dalam hal memperkirakan apakah ada hubungan antara putaran dan usia lubang hitam."
Penelitian ini didukung, sebagian, oleh NASA.