Shredded Star Mengungkapkan Lubang Hitam Massa Menengah yang Sulit Ditemukan – Langit & Teleskop

Lubang hitam terbesar di alam semesta tidak muncul sepenuhnya. Mereka pasti mulai lebih kecil, karena biji, kemudian melalui tabrakan dan menghirup gas dengan cepat tumbuh lebih besar. Pertanyaan yang dihadapi para astronom adalah, seperti apa benih itu? Bagaimana mereka terbentuk, seberapa besar mereka saat lahir, dan bagaimana mereka tumbuh?

Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini, para astronom perlu menemukan objek seperti biji. Ditelepon lubang hitam massa menengah, atau IMBH, objek-objek ini seharusnya berada di antara lubang hitam bermassa bintang seperti Cygnus X-1 dan raksasa yang mengintai di pusat galaksi besar, seperti Sagitarius A* milik Bima Sakti. Pengamat telah menemukan beberapa lusin kandidat, dengan massa setara dengan puluhan hingga ratusan ribu Matahari. Tapi kita tidak tahu apa-apa tentang mereka.

Sixjang Wen (University of Arizona) dan yang lainnya kini telah melihat lebih dekat salah satu kandidat tersebut dan mengekstrak informasi yang belum pernah kami miliki sebelumnya tentang IMBH. Lubang hitam menengah tampaknya duduk di gugus bintang dekat galaksi sekitar 750 juta tahun cahaya di konstelasi Aquarius. Biasanya lubang hitam tidak terlihat, tetapi para astronom melihatnya ketika ia merobek dan menelan bintang, mengitari dirinya sendiri di puing-puing bercahaya dan menyala dalam acara yang dijuluki 3XMM J215022.4−055108 (selanjutnya J2150, karena saya bertele-tele tapi tidak dengan nomenklatur saya).

Animasi ini menunjukkan peristiwa gangguan pasang surut lainnya, yang disebut ASASSN-14li. Dalam makalah sebelumnya, Wen dan rekan-rekannya menggunakan metode mereka untuk menentukan bahwa lubang hitam yang terlibat dalam ASASSN-14li memiliki massa sekitar 10 juta Matahari dan putaran setidaknya 30% dari maksimum yang diizinkan.
Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA / CI Lab

Saat tutu gas panas ini berputar-putar dan jatuh ke dalam lubang hitam, ia memanas, memancarkan sinar-X. Tim menggunakan pengamatan yang mencakup 12 tahun dari teleskop ruang angkasa XMM-Newton dan Chandra X-ray untuk menyaksikan bencana alam terungkap. Kecerahan pada energi sinar-X yang berbeda dan bagaimana spektrum itu berubah seiring waktu bergantung pada massa dan putaran lubang hitam, karena mereka menentukan lanskap ruang-waktu yang dilalui gas.

Menggunakan pendekatan yang awalnya dirancang untuk lubang hitam bermassa bintang, tim mampu menghitung perkiraan massa dan putaran IMBH: masing-masing kurang dari 22.000 Matahari dan sekitar 80% maksimum. Studi ini muncul pada 10 September Jurnal Astrofisika.

Para astronom telah menggunakan bencana yang menghancurkan bintang, yang disebut peristiwa gangguan pasang surut (TDE), untuk mengukur putaran lubang hitam supermasif sebelumnya — tetapi mereka belum pernah melakukannya untuk IMBH. “Potensi tambahan untuk membatasi putaran, selain massa lubang hitam, tentu saja menarik,” kata pakar TDE Suvi Gezari (Institut Sains Teleskop Luar Angkasa) tentang metode baru tersebut.

Tapi yang benar-benar penasaran dengan hasil ini adalah nilai putarannya. Lubang hitam dapat memiliki putaran 0 hingga 1, di mana 1 adalah maksimum yang diizinkan untuk massa lubang hitam. Nilai putaran dapat memberi tahu kita bagaimana lubang hitam tumbuh. Tapi tidak ada penjelasan yang baik untuk nilai 0,8. Ini sedikit terlalu tinggi untuk menyamai lubang hitam yang dibuat dengan menggabungkan lubang hitam yang lebih kecil, yang menurut pengukuran gelombang gravitasi sering kali memiliki putaran berkerumun sekitar 0,7. Itu juga jauh, terlalu tinggi untuk tumbuh dengan mengunyah makanan ringan gas intermiten dari berbagai arah, namun terlalu rendah untuk tumbuh dengan memakan aliran gas yang stabil — lubang hitam itu harus berputar mendekati maksimum.

Bagaimana IMBH J2150 terbentuk dan tumbuh masih menjadi misteri. Wen secara pribadi menyukai tabrakan bintang yang tak terkendali atau bahkan keruntuhan langsung, di mana awan gas besar yang murni menggumpal dan membuat lubang hitam dari awal. Lubang hitam memiliki massa yang tepat untuk masuk ke dalam skenario keruntuhan langsung, yang bersaing dengan beberapa lainnya sebagai asal usul benih yang disukai di alam semesta awal.

Langkah selanjutnya, tentu saja, adalah mengumpulkan lebih banyak IMBH yang mengungkapkan TDE. Teleskop ruang angkasa sinar-X eROSITA akan menjadi pemain kunci: ia telah menghasilkan selusin TDE sejak diluncurkan pada 2019, dan para astronom berharap dapat menemukan lebih banyak lagi. Wen mengatakan bahwa dia dan rekan-rekannya belum dapat menggunakan penemuan eROSITA dengan metode mereka, namun, karena tidak ada informasi yang cukup: teleskop telah memindai langit dalam mode survei, dan mereka membutuhkan eksposur yang lebih lama dari titik yang ditargetkan, yang akan datang kemudian. .

Referensi:

S.Wen dkk. “Kendala Boson Massa, Putaran, dan Ultralight dari Lubang Hitam Massa Menengah dalam Peristiwa Gangguan Pasang Surut 3XMM J215022.4–055108.” Jurnal Astrofisika. 10 September 2021.


Iklan

Post navigation