Obor kolosal bisa menjadi bukti pertama bahwa energi dapat diekstraksi dari lubang hitam

Gagasan populer mengasumsikan ini Tidak ada bisa lolos dari lubang hitam. Begitu sesuatu melewati cakrawala peristiwa – yang disebut titik tak bisa kembali – ia tetap di sana selamanya, terikat pada medan gravitasi yang bahkan cahaya pun tidak bisa lepas.

Namun, lubang hitam yang berputar menghasilkan energi dalam jumlah besar yang secara teoritis dapat diekstraksi dari ergosfer, wilayah yang terletak tepat di luar cakrawala peristiwa. Ini telah ditunjukkan baik secara teoritis maupun eksperimental – dan sekarang tim astrofisikawan telah menemukan apa yang mereka anggap sebagai bukti pengamatan untuk itu.

Pistol asap adalah semburan sinar gamma terkuat yang pernah kami deteksi, GRB 190114C, obor kolosal yang bekerja sekitar satu triliun elektron volt (1 TeV) dari jarak 4,5 miliar tahun cahaya.

“Ledakan sinar gamma, objek sementara terkuat di langit, melepaskan energi hingga beberapa puluh⁵⁴ Erg hanya dalam beberapa detik ” kata astrofisikawan Remo Ruffini dari International Center for Relativistic Astrophysics (ICRANet) yang berbasis di Italia.

“Luminositas mereka dalam sinar gamma dalam interval waktu kejadian sama besarnya dengan luminositas semua bintang di alam semesta yang dapat diamati! Mekanisme yang tidak diketahui melalui massa bintang Lubang hitam. “

Tahun lalu, Ruffini dan rekan-rekannya menemukan solusi untuk mekanisme ini – sebuah proses yang mereka sebut a hypernova yang dikendalikan biner.

Ini dimulai dengan sistem biner ketat yang terdiri dari bintang karbon-oksigen di akhir hidupnya dan bintang neutron. Ketika bintang karbon-oksigen menjadi supernova, materi yang terlontar dapat ditelan dengan cepat oleh bintang neutron yang menyertainya. Dengan demikian, pendamping ini melewati titik massa kritis dan jatuh ke dalam lubang hitam, yang memicu pecahnya sinar gamma dan sinar material dari kutubnya dengan kecepatan yang hampir sama dengan kecepatan cahaya.

(Inti bintang karbon-oksigen runtuh menjadi bintang neutron kedua, menghasilkan bintang neutron lubang hitam biner.)

Sekarang, di makalah baru, Ruffini dan rekan-rekannya, yang dipimpin oleh Rahim Moradi dari ICRANet, telah menjelaskan mekanisme yang dapat memicu ledakan sinar gamma berenergi tinggi: percepatan partikel di sepanjang garis medan magnet yang diwarisi dari bintang neutron lubang hitam. Medan magnet ini mengekstraksi energi rotasi dari ergosfer lubang hitam.

“Mesin baru yang ditampilkan dalam publikasi baru” Ruffini menjelaskan“melakukan pekerjaan melalui proses elektrodinamika gravito-relativistik yang murni umum: lubang hitam berputar yang berinteraksi dengan medan magnet di sekitarnya menciptakan medan listrik yang mempercepat elektron di sekitarnya menjadi energi ultra-tinggi, menghasilkan radiasi berenergi tinggi dan ultra-tinggi radiasi kosmik -energi. “

Jet relativistik atau hampir berkecepatan cahaya tidak jarang ditemukan di inti galaksi aktif, monster supermasif lubang hitam di inti galaksi. Dipercaya bahwa jet ini terbentuk dari proses akresi, yang berlangsung sebagai berikut.

Sebuah piringan material yang sangat besar berputar-putar di sekitar lubang hitam aktif dan jatuh dari tepi dalam, tetapi tidak semua material jatuh ke lubang hitam. Beberapa dari mereka, para astronom percaya, dilakukan dan dipercepat di sepanjang garis medan magnet di sekitar bagian luar lubang hitam ke kutub, di mana ia dilemparkan ke luar angkasa dalam bentuk jet collimated.

Kita tahu bahwa lubang hitam dan bintang neutron dapat memiliki medan magnet yang kuat, dan bukti menunjukkan bahwa keduanya dapat bertindak sebagai Sinkrotron (semacam akselerator partikel). bukti juga menyarankan bahwa sinkrotron medan magnet berperan dalam memicu ledakan sinar gamma selama pembentukan lubang hitam.

Saat menyelidiki GRB 190114C, Moradi dan timnya menemukan mekanisme yang serupa – tetapi alih-alih proses emisi berkelanjutan, ia diskrit, berulang-ulang, melepaskan kuantum energi lubang hitam setiap kali menghasilkan emisi sinar gamma yang diamati sesudahnya. Ledakan sinar gamma.

Berdasarkan pengamatan dari GRB 190114C, tim berhasil merekonstruksi urutan kejadian.

Bintang karbon-oksigen menjadi supernova, sedangkan intinya runtuh menjadi bintang neutron. Beberapa materi yang terlontar jatuh kembali ke bintang neutron yang baru terbentuk dan menghasilkan cahaya sinar-X – seperti yang diamati oleh teleskop Swift.

Beberapa materi juga jatuh pada pendamping bintang neutron, mendorongnya di atas batas massa untuk membentuk lubang hitam – proses ini akan berjalan mulus dan hanya membutuhkan waktu 1,99 detik. Kemudian materi terus jatuh ke lubang hitam yang baru terbentuk, menciptakan ledakan sinar gamma selama 1,99 hingga 3,99 detik.

Akhirnya, lebih banyak material yang jatuh ke lubang hitam mengarah pada pembentukan sinar dan sinar gamma dalam kisaran gigaelektronvolt dengan ekstraksi energi rotasi.

Ilmuwan lain mungkin tidak setuju dengan hasil tersebut. Satu tim menemukan tahun lalu bahwa ledakan sinar gamma adalah hasil dari a runtuh medan magnet, sebagai contoh. Ini mungkin tidak berlaku untuk semua semburan sinar gamma. Namun, semua bagian tampaknya sangat cocok dengan pengamatan yang dilakukan oleh GRB 190114C.

“Bukti bahwa kita dapat menggunakan energi rotasi yang dapat diekstraksi dari lubang hitam untuk menjelaskan emisi berkas berenergi tinggi dari ledakan sinar gamma dan inti galaksi aktif berdiri sendiri.” Kata Ruffini.

“Perjalanan panjang kemajuan teoretis berturut-turut dan penemuan fisik baru dari pengamatan GRB mengarah pada hasil ini [awaited] selama sekitar 50 tahun astrofisika relativistik. “

Penelitian ini dipublikasikan di Astronomi & Astrofisika.