Teleskop Mengungkap Perputaran Cepat Ruangwaktu yang Melengkungkan Lubang Hitam di Bima Sakti

• Sebuah studi baru dapat membantu menjawab pertanyaan tentang seberapa cepat hal ini terjadi Bima Saktiitu sangat besar lubang hitam sedang berputar.
• Lubang hitam yang dikenal dengan nama Sagitarius A* (Sgr A*) memiliki massa sekitar 4 juta kali massa Matahari.
• Menggunakan NASAObservatorium Sinar-X Chandra dan Very Large Array NSF, penelitian ini menemukan Sgr A* berputar sangat cepat.
• Putaran tinggi ini membengkokkan ruangwaktu di sekitar Sgr A* sehingga tampak berbentuk seperti sepak bola Amerika.

Ilustrasi seniman ini menggambarkan temuan studi baru tentang lubang hitam supermasif di pusat galaksi kita yang disebut Sagitarius A* (disingkat Sgr A*). Hasil ini menemukan bahwa Sgr A* berputar sangat cepat sehingga membengkokkan ruangwaktu — yaitu ruang dan waktu tiga dimensi — sehingga lebih terlihat seperti bola sepak.

Hasil ini diperoleh dengan menggunakan Chandra X-ray Observatory milik NASA dan Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) milik NSF. Sebuah tim peneliti menerapkan metode baru yang menggunakan sinar-X dan data radio untuk menentukan seberapa cepat Sgr A* berputar berdasarkan bagaimana material mengalir menuju dan menjauhi lubang hitam. Mereka menemukan Sgr A* berputar dengan kecepatan sudut sekitar 60% dari nilai maksimum yang mungkin, dan dengan momentum sudut sekitar 90% dari nilai maksimum yang mungkin.

Lubang hitam memiliki dua sifat mendasar: massanya (seberapa beratnya) dan putarannya (seberapa cepat ia berputar). Menentukan salah satu dari dua nilai ini akan memberi tahu para ilmuwan banyak hal tentang lubang hitam dan perilakunya. Di masa lalu, para astronom telah membuat beberapa perkiraan kecepatan rotasi Sgr A* menggunakan teknik yang berbeda-beda, dengan hasil mulai dari Sgr A* tidak berputar sama sekali hingga berputar mendekati kecepatan maksimum.

Studi baru menunjukkan bahwa Sgr A* sebenarnya berputar sangat cepat, sehingga menyebabkan ruang-waktu di sekitarnya terjepit. Ilustrasi menunjukkan penampang Sgr A* dan material yang berputar-putar di sekitarnya dalam sebuah disk. Bola hitam di tengah mewakili apa yang disebut cakrawala peristiwa lubang hitam, yaitu titik di mana tidak ada apa pun, bahkan cahaya, yang dapat lolos.

Melihat lubang hitam yang berputar dari samping, seperti digambarkan dalam ilustrasi ini, ruangwaktu di sekitarnya berbentuk seperti bola. Semakin cepat putarannya, semakin baik sepak bolanya.

Bahan kuning-oranye di kedua sisi mewakili gas yang berputar di sekitar Sgr A*. Materi ini pasti akan terjun menuju lubang hitam dan melintasi cakrawala peristiwa begitu ia jatuh ke dalam bentuk bola. Oleh karena itu, area di dalam bentuk sepak bola tetapi di luar cakrawala peristiwa digambarkan sebagai rongga. Gumpalan biru menunjukkan jet yang keluar dari kutub lubang hitam yang berputar. Melihat lubang hitam dari atas, di sepanjang laras jet, ruangwaktu berbentuk lingkaran.

Putaran lubang hitam dapat berfungsi sebagai sumber energi yang penting. Lubang hitam supermasif yang berputar menghasilkan aliran keluar terkolimasi seperti jet ketika energi putarannya diekstraksi, yang mengharuskan setidaknya ada beberapa materi di sekitar lubang hitam. Karena terbatasnya bahan bakar di sekitar Sgr A*, lubang hitam ini relatif tenang dalam beberapa milenium terakhir dengan pancaran yang relatif lemah. Namun penelitian ini menunjukkan bahwa hal tersebut dapat berubah jika jumlah material di sekitar Sgr A* bertambah.

Untuk menentukan putaran Sgr A*, penulis menggunakan teknik berbasis empiris yang dikenal sebagai “metode aliran keluar” yang merinci hubungan antara putaran lubang hitam dan massanya, sifat-sifat materi di dekat lubang hitam, dan sifat dari putaran lubang hitam. arus keluar. Aliran keluar terkolimasi menghasilkan gelombang radio, sedangkan piringan gas yang mengelilingi lubang hitam bertanggung jawab atas emisi sinar-X. Dengan menggunakan metode ini, para peneliti menggabungkan data dari Chandra dan VLA dengan perkiraan independen mengenai massa lubang hitam dari teleskop lain untuk membatasi putaran lubang hitam.

Sebuah makalah yang menjelaskan hasil ini dipimpin oleh Ruth Daly (Penn State University) diterbitkan di majalah edisi Januari 2024. Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society.

Referensi: “Nilai putaran lubang hitam baru untuk Sagitarius A* diperoleh dengan metode aliran keluar” oleh Ruth A Daly, Megan Donahue, Christopher P O'Dea, Biny Sebastian, Daryl Haggard dan Anan Lu, 21 Oktober 2023, Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stad3228

Penulis lainnya adalah Biny Sebastian (Universitas Manitoba, Kanada), Megan Donahue (Michigan State University), Christopher O'Dea (Universitas Manitoba), Daryl Haggard (McGill University) dan Anan Lu (McGill University).

Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall NASA mengelola program Chandra. Pusat Sinar-X Chandra Smithsonian Astrophysical Observatory mengendalikan operasi sains dari Cambridge, Massachusetts, dan operasi penerbangan dari Burlington, Massachusetts.