Dua makalah penyelidikan baru membolehkan kita mendekati cakrawala peristiwa dan kejadian gambar di kawasan orbit stabil terdekat dengan lubang hitam. Pengarang kedua-dua kajian melihat pelepasan berkala yang berlaku ketika bahan hitam mula menyerap bahan baru.
Lubang hitam sendiri menyerap semua cahaya di luar cakrawala peristiwa mereka, dan ruang di luar cakrawala peristiwa seperti itu biasanya memancarkan cahaya sedemikian dalam jumlah besar. Ini disebabkan oleh fakta bahawa bahan yang jatuh ke dalam lubang hitam mempunyai muatan tenaga yang besar. Ia kehilangan tork dan menabrak benda lain di orbit di sekitar lubang hitam. Oleh itu, walaupun kita tidak dapat memperoleh gambaran lubang hitam secara langsung, kita dapat membuat kesimpulan mengenai sifatnya dengan memanfaatkan cahaya dari persekitaran yang dihasilkannya.
Dua makalah penyelidikan telah diterbitkan minggu ini yang memungkinkan kita untuk mendekati ruang berhampiran cakrawala peristiwa dan peristiwa gambar di wilayah orbit stabil terdekat ke lubang hitam. Pengarang salah satu makalah ini sampai pada kesimpulan berikut: lubang hitam supermasif berputar begitu cepat sehingga titik di permukaannya bergerak pada kecepatan yang sama dengan kira-kira setengah kelajuan cahaya.
Gema cahaya
Pengarang kedua-dua kajian melihat pelepasan berkala yang berlaku ketika bahan hitam mula menyerap bahan baru. Bahan ini disalurkan ke dalam lubang melalui struktur rata yang berpusat di lubang hitam. Struktur ini dipanggil cakera penambahan. Apabila perkara baru muncul, cakera memanas, menjadikan lubang hitam lebih cerah. Oleh kerana itu, perubahan berlaku di ruang sekitarnya. Penulis kedua-dua kajian itu mencari jawapan untuk persoalan apakah perubahan ini dapat memberitahu kita mengenai lubang hitam dan ruang di sekitarnya.
Dalam salah satu makalah ini, perhatian para saintis tertumpu pada lubang hitam dengan massa bintang, iaitu 10 kali jisim Matahari. Sebagai tindak balas terhadap masalah masuk ke dalam, salah satu bintang ini membuat acara sementara bernama MAXI J1820 + 070. Ini mendapat namanya dari instrumen MAXI di ISS, yang dirancang untuk melakukan pemerhatian astronomi dalam julat sinar-X. Setelah penemuan peristiwa ini, adalah mungkin untuk melakukan pemerhatian baru menggunakan peralatan ISS yang disebut NICER, yang memeriksa komposisi dalaman bintang-bintang neutron. Peralatan ini dapat membuat pengukuran sinar X yang sangat cepat yang dipancarkan oleh sumber astronomi, yang membolehkan anda memantau perubahan jangka pendek pada objek dengan berkesan.
Dalam kes ini, instrumen NICER digunakan untuk menganalisis "gema cahaya". Intinya adalah bahawa selain cakera penambahan, lubang hitam mempunyai korona, yang merupakan gelembung bahan bermuatan penuh yang terletak di atas dan di bawah satah cakera. Corona ini sendiri memancarkan sinar-X yang dapat dikesan dengan instrumen. Tetapi sinar-X ini juga memukul cakera penambahan, dan sebahagiannya terpantul ke arah kami. Gema cahaya seperti itu dapat memberitahu kita beberapa butiran mengenai cakera penambahan.
Video promosi:
Menyelesaikan misteri
Dalam kes ini, gema cahaya membantu menyelesaikan teka-teki. Imej yang diambil dari lubang hitam superdensif di tengah galaksi menunjukkan bahawa cakera penambahan telah memanjang sepanjang orbit stabil terdekat ke lubang hitam. Walau bagaimanapun, pengukuran lubang hitam massa bintang menunjukkan bahawa tepi cakera penambahan jauh lebih jauh. Oleh kerana sifat fizikal tidak mungkin berubah dengan ukuran, pengukuran ini agak membingungkan para saintis.
Analisis baru menunjukkan bahawa terdapat kedua-dua sifat berubah-ubah dan tetap dalam sinaran X MAXI J1820 + 070. Sifat tetap menunjukkan bahawa cakera penambahan yang membuat gema tidak mengubah lokasinya sama sekali. Dan sifat berubah menunjukkan bahawa apabila lubang hitam memakan bahan, korona menjadi lebih padat, dan oleh itu sumber sinar-X diganti. Perincian isyarat berterusan menunjukkan bahawa cakera penambahan jauh lebih dekat dengan lubang hitam. Berkat ini, pengukuran baru sepenuhnya sesuai dengan apa yang kita ketahui mengenai versi lubang hitam superdense.
Kematian bintang
Di wilayah superdense terdapat objek ASASSN-14li, yang ditemui semasa eksplorasi supernova secara automatik. Objek ini mempunyai sifat yang biasanya ditemukan dalam suatu peristiwa yang disebut gangguan pasang surut. Semasa kejadian seperti itu, lubang hitam, dengan kekuatan graviti, merobek bintang yang terlalu dekat dengannya. Namun, pemerhatian selanjutnya menunjukkan bahawa isyarat ini mempunyai struktur yang agak pelik. Setiap 130 saat, ia meledak untuk waktu yang singkat.
Isyarat ini tidak jauh berbeza dengan latar belakang pemusnahan bintang, tetapi dikesan oleh tiga instrumen yang berbeza, yang menunjukkan bahawa sesuatu terjadi secara berkala. Penjelasan paling mudah ialah bahagian bintang jatuh ke orbit di sekitar lubang hitam. Kekerapan orbit seperti itu bergantung pada jisim dan kelajuan putaran lubang hitam, serta jarak antara lubang hitam dan objek yang mengorbit di sekelilingnya. Dengan cara lain, putaran lubang hitam sukar diukur, dan oleh itu saintis menghasilkan simulasi berkali-kali, menguji pelbagai konfigurasi sistem lubang hitam.
Jisim lubang hitam ditentukan berdasarkan ukuran galaksi di mana ia berada. Terdapat hubungan sederhana antara kelajuan putaran dan jarak orbit: semakin dekat sesuatu dengan lubang hitam, semakin perlahan lubang hitam berputar sehingga objek bergerak di orbit pada kelajuan yang sama. Oleh itu, dengan mengira orbit sedekat mungkin, saintis dapat menentukan nilai minimum kelajuan putaran.
Pengiraan yang dilakukan menunjukkan bahawa lubang hitam berputar sekurang-kurangnya dengan kelajuan sehingga titik di permukaannya bergerak pada kelajuan setengah kelajuan cahaya. (Untuk memberi anda idea yang lebih baik, harus dikatakan bahawa lubang hitam superdensif dapat begitu besar sehingga radius mereka sama dengan radius orbit Saturnus atau Neptunus.) Jika jirim mengorbit sedikit lebih jauh dari pusat, maka begitu juga lubang hitam mempercepat putarannya.
Kami belum dapat memperoleh gambar lubang hitam secara langsung, tetapi kajian menunjukkan bahawa banyak peristiwa berlaku di dalamnya, yang dapat memberi kami banyak data mengenai tingkah laku mereka di Alam Semesta. Dan ini membolehkan kita membuat kesimpulan tertentu mengenai sifat lubang hitam itu sendiri, dan juga mengenai perkara yang menunggu di sayap untuk masuk ke dalamnya. Kami juga mula mendapatkan maklumat dari pemerhatian gelombang graviti yang memberi kami idea mengenai jisim dan putaran lubang hitam bertembung. Secara keseluruhan, data ini menghilangkan sedikit kekaburan dari lubang hitam, dan mereka bukan lagi wilayah yang belum diterokai bagi kita.
John Timmer
