Gelembung besar di pusat Bima Sakti yang disebabkan oleh lubang hitam supermasif

Pada tahun 2020, teleskop sinar-X eRosita menangkap gambar dua gelembung raksasa yang membentang jauh di atas dan di bawah pusat galaksi kita.

Sejak itu, para astronom memperdebatkan asal usulnya. Sekarang, sebuah penelitian yang melibatkan penelitian dari University of Michigan menunjukkan bahwa gelembung-gelembung itu adalah hasil dari pancaran aktivitas yang kuat dari lubang hitam supermasif di pusat Bima Sakti. Studi yang dipublikasikan di astronomi alamjuga menunjukkan bahwa jet mulai memuntahkan materi sekitar 2,6 juta tahun yang lalu dan berlangsung sekitar 100.000 tahun.

Temuan tim menunjukkan bahwa gelembung Fermi, ditemukan pada 2010, dan selubung gelombang mikro – sebuah nebula partikel bermuatan kira-kira di pusat galaksi – dibentuk oleh pancaran energi yang sama dari lubang hitam supermasif. Penelitian dilakukan oleh National Tsing Hua University bekerjasama dengan UM dan University of Wisconsin.

“Hasil kami penting karena kami perlu memahami bagaimana lubang hitam berinteraksi dengan galaksi tempat mereka tinggal, karena interaksi ini memungkinkan lubang hitam ini tumbuh daripada tumbuh secara terkendali. [growing] tak terkendali,” kata astronom UM Mateusz Ruszkowski, salah satu penulis studi tersebut lubang hitam supermasifAnda dapat mulai menjawab pertanyaan-pertanyaan mendalam ini.”

Ada dua model bersaing yang menjelaskan gelembung ini, yang disebut gelembung Fermi dan eRosita setelah teleskop yang menamakannya, kata Ruszkowski. Yang pertama menunjukkan bahwa aliran keluar didorong oleh ledakan bintang nuklir, di mana sebuah bintang meledak dalam supernova dan mengeluarkan material. Model kedua yang mendukung temuan tim menunjukkan bahwa arus keluar ini didukung oleh energi yang dikeluarkan dari lubang hitam supermasif di pusat galaksi kita.

Aliran keluar dari lubang hitam ini terjadi ketika material bergerak menuju lubang hitam tetapi tidak pernah melintasi cakrawala peristiwa lubang hitam, atau permukaan matematis di bawahnya di mana tidak ada yang bisa melarikan diri. Karena sebagian dari materi ini dilempar kembali ke luar angkasa, lubang hitam tidak tumbuh tidak terkendali. Tetapi energi yang terlempar dari lubang hitam memindahkan material di dekat lubang hitam dan menciptakan gelembung-gelembung besar ini.

Strukturnya sendiri berukuran 11 kiloparsec. Sebuah parsec setara dengan 3,26 tahun cahaya, atau sekitar tiga kali jarak yang ditempuh cahaya dalam setahun. Jadi strukturnya hampir 36.000 tahun cahaya.

Sebagai perbandingan, Bima Sakti berdiameter 30 kiloparsec dan tata surya kita berjarak sekitar 8 kiloparsec dari pusat galaksi. Gelembung eRosita berukuran sekitar dua kali ukuran gelembung Fermi dan diperluas oleh gelombang energi atau gelombang kejut yang dikeluarkan dari gelembung Fermi, menurut para peneliti.

Para astronom sangat tertarik untuk mengamati gelembung eRosita ini karena, tidak seperti objek di galaksi lain atau pada jarak kosmologis yang ekstrem, gelembung tersebut terjadi di halaman belakang galaksi kita sendiri. Kedekatan kami dengan saluran air berarti para astronom dapat mengumpulkan sejumlah besar data, kata Ruszkowski. Data ini dapat memberi tahu para astronom jumlah energi dalam pancaran lubang hitam, berapa lama energi itu disuntikkan, dan terbuat dari apa gelembung itu.

“Kami tidak hanya dapat mengesampingkan model ledakan bintang, tetapi kami juga dapat menyempurnakan parameter yang diperlukan untuk menghasilkan gambar yang sama, atau sesuatu yang sangat mirip, seperti di langit dalam model lubang hitam supermasif ini,” kata Ruszkowski. “Kami dapat mempersempit hal-hal tertentu dengan lebih baik, mis. Seperti berapa banyak energi yang dipompa ke dalamnya, apa yang ada di gelembung-gelembung itu, dan berapa lama energi disuntikkan untuk membuat gelembung-gelembung itu.”

Apa yang ada di dalamnya? Sinar kosmik, suatu bentuk radiasi energi tinggi. Gelembung eRosita membungkus gelembung Fermi, yang isinya tidak diketahui. Tetapi model para peneliti dapat memprediksi jumlah sinar kosmik di dalam masing-masing struktur. Injeksi energi lubang hitam menggelembungkan gelembung, dan energi itu sendiri berupa energi kinetik, termal, dan sinar kosmik. Dari bentuk energi tersebut, misi Fermi hanya mampu mendeteksi sinyal sinar gamma dari sinar kosmik.

Karen Yang, penulis utama studi ini dan asisten profesor di Universitas Nasional Tsing Hua di Taiwan, mulai bekerja sebagai rekan pascadoktoral di UM bersama Ruszkowski pada versi awal kode yang digunakan dalam pemodelan dalam artikel ini. Untuk sampai pada kesimpulan mereka, para peneliti menjalankan simulasi numerik dari pelepasan energi yang menjelaskan hidrodinamika, gravitasi, dan sinar kosmik.

“Simulasi kami unik karena memperhitungkan interaksi antara sinar kosmik dan gas di Bima Sakti sinar kosmikdisuntikkan dengan pancaran lubang hitam mengembang dan membentuk gelembung Fermi yang bersinar dalam sinar gamma,” kata Yang.

“Ledakan yang sama mendorong gas menjauh dari pusat galaksi, menciptakan gelombang kejut yang terlihat seperti gelembung gelembung eRosita. Pengamatan baru dari gelembung eRosita telah memungkinkan kita untuk lebih tepat membatasi durasi aktivitas lubang hitam dan lebih memahami sejarah masa lalu galaksi kita sendiri.”

Model para peneliti mengesampingkan teori ledakan bintang nuklir karena durasi khas ledakan bintang nuklir, dan oleh karena itu lamanya waktu ledakan bintang akan menyuntikkan energi yang membentuk gelembung, adalah sekitar 10 juta tahun, menurut rekan penulis studi Ellen Zweibel, Profesor Astronomi dan Fisika di University of Wisconsin.

“Di sisi lain, model lubang hitam aktif kami secara akurat memprediksi ukuran relatif gelembung sinar-X eRosita dan gelembung sinar gamma Fermi, dengan asumsi waktu injeksi energi sekitar 1%, atau sepersepuluh juta. bertahun-tahun. ‘ kata Twobel.

“Menyuntikkan energi lebih dari 10 juta tahun akan menciptakan gelembung dengan penampilan yang sama sekali berbeda. Ini adalah kesempatan untuk membandingkan gelembung sinar-X dan sinar gamma yang memberikan bagian penting yang telah hilang.”

Para peneliti menggunakan data dari misi eRosita, Teleskop Luar Angkasa Fermi Gamma-ray NASA, Observatorium Planck dan Wilkinson Microwave Anisotropy Probe.