Para astronom menemukan lubang hitam yang paling dekat dengan Bumi

Lubang hitam adalah objek paling ekstrim di alam semesta. Versi supermasif dari objek yang sangat padat ini kemungkinan akan ditemukan di pusat semua galaksi besar. Lubang hitam bermassa bintang — yang beratnya berkisar antara lima hingga 100 kali massa Matahari — jauh lebih umum, dengan perkiraan 100 juta di Bima Sakti saja.

Sejauh ini, bagaimanapun, hanya segelintir yang telah dikonfirmasi, dan hampir semuanya “aktif” – yang berarti mereka bersinar terang dalam cahaya sinar-X ketika, bukannya tidak aktif, mereka mengonsumsi materi dari bintang pendamping terdekat. lubang hitam yang tidak.

Para astronom yang menggunakan teleskop Gemini North di Hawaii, salah satu teleskop kembar dari Observatorium Gemini Internasional yang dioperasikan oleh NOIRLab NSF, telah menemukan lubang hitam terdekat dengan Bumi, yang oleh para peneliti dijuluki Gaia BH1. Lubang hitam yang tidak aktif ini memiliki berat sekitar 10 kali lipat massa matahari dan terletak sekitar 1.600 tahun cahaya di konstelasi Ophiuchus, tiga kali lebih dekat ke Bumi daripada pemegang rekor sebelumnya, biner sinar-X di konstelasi Unicorn.

Penemuan baru ini dimungkinkan oleh pengamatan yang luar biasa dari gerakan pendamping lubang hitam, bintang mirip Matahari yang mengorbit lubang hitam pada jarak yang hampir sama dengan Bumi mengorbit Matahari.

“Ambil tata suryaletakkan lubang hitam di mana matahari berada dan matahari di mana bumi berada dan Anda mendapatkan sistem ini,” jelas Kareem El-Badry, astrofisikawan di Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian dan Max Planck -Institute for Astronomy, dan penulis utama makalah yang menjelaskan penemuan ini.

“Meskipun ada banyak klaim bukti sistem seperti ini, hampir semua penemuan ini kemudian dibantah. Ini adalah deteksi jelas pertama dari bintang mirip Matahari dalam orbit lebar di sekitar lubang hitam bermassa bintang di galaksi kita.”

Meskipun kemungkinan ada jutaan lubang hitam bermassa bintang yang berkeliaran di Bima Sakti, beberapa yang telah ditemukan ditemukan melalui interaksi energiknya dengan bintang pendamping. Saat material dari bintang terdekat berputar ke arah lubang hitam, material tersebut menjadi sangat panas, menghasilkan sinar-X dan pancaran material yang kuat. Ketika lubang hitam tidak secara aktif memberi makan (yaitu, tidak aktif), ia hanya menyatu dengan lingkungannya.

“Saya telah mencari lubang hitam yang tidak aktif selama empat tahun terakhir menggunakan berbagai kumpulan data dan metode,” kata El-Badry. “Upaya saya sebelumnya – serta yang lain – telah mengungkapkan kumpulan binari yang menyamar sebagai lubang hitam, tetapi ini adalah pertama kalinya pencarian membuahkan hasil.”

Tim awalnya mengidentifikasi bahwa sistem tersebut mungkin menyimpan lubang hitam dengan menganalisis data dari pesawat ruang angkasa Gaia Badan Antariksa Eropa. Gaia menangkap ketidakteraturan kecil dalam gerakan bintang yang disebabkan oleh gravitasi objek masif yang tak terlihat. Untuk mempelajari sistem secara lebih rinci, El-Badry dan timnya beralih ke instrumen Gemini Multi-Object Spectrograph di Gemini North, yang mengukur kecepatan bintang pendamping saat mengorbit lubang hitam dan memberikan pengukuran yang akurat dari periode orbitnya.

Pengamatan tindak lanjut Gemini sangat penting dalam membatasi gerakan orbital, dan oleh karena itu massa, dari dua komponen dalam sistem biner, yang memungkinkan tim untuk mengidentifikasi tubuh pusat sebagai lubang hitam sekitar 10 kali massa Matahari kita.

“Pengamatan lanjutan kami terhadap Gemini dengan tegas menegaskan bahwa biner tersebut berisi bintang normal dan setidaknya satu lubang hitam yang tidak aktif,” jelas El-Badry. “Kami tidak dapat menemukan skenario astrofisika yang masuk akal yang dapat menjelaskan orbit yang diamati dari sistem yang tidak melibatkan setidaknya satu lubang hitam.”

Tim mengandalkan tidak hanya pada kemampuan pengamatan Gemini North yang sangat baik, tetapi juga pada kemampuan Gemini untuk menyediakan data pada jadwal yang ketat mengingat jendela tim yang pendek untuk melakukan pengamatan lanjutan mereka.

“Ketika kami memiliki indikasi pertama bahwa sistem tersebut mengandung lubang hitam, kami hanya memiliki waktu seminggu sebelum kedua objek berada pada jarak terdekat dalam orbitnya. Pengukuran pada titik ini sangat penting untuk membuat perkiraan massa yang akurat dalam sistem biner, ”kata El-Badry. “Kemampuan Gemini untuk memberikan pengamatan yang cepat sangat penting untuk keberhasilan proyek. Jika kami melewatkan jendela sempit ini, kami harus menunggu satu tahun lagi.”

Model evolusi sistem biner saat ini tidak banyak menjelaskan bagaimana konfigurasi aneh sistem Gaia BH1 mungkin terjadi. Secara khusus, bintang nenek moyang yang kemudian berubah menjadi lubang hitam yang baru ditemukan setidaknya 20 kali lebih masif dari Matahari kita.

Ini berarti bahwa ia akan hidup hanya beberapa juta tahun. Jika kedua bintang terbentuk pada saat yang sama, bintang masif ini akan dengan cepat berubah menjadi bintang super raksasa, membengkak, dan menelan bintang lain sebelum sempat menjadi bintang deret utama pembakaran hidrogen yang meledak penuh seperti Matahari kita.

Sama sekali tidak jelas bagaimana bintang bermassa matahari bisa bertahan dari episode ini dan berakhir sebagai bintang yang tampaknya normal, seperti yang diamati oleh pengamatan sistem biner lubang hitam. Model teoretis yang mampu bertahan semuanya memprediksi bahwa bintang bermassa matahari seharusnya mendarat di orbit yang jauh lebih sempit daripada yang sebenarnya diamati.

Ini mungkin menunjukkan bahwa ada kesenjangan penting dalam pemahaman kita tentang bagaimana lubang hitam biner terbentuk dan berevolusi, dan juga menunjukkan keberadaan populasi lubang hitam biner diam yang belum dijelajahi.

“Sangat menarik bahwa sistem ini tidak dapat dengan mudah diadaptasi dari model evolusi biner standar,” El-Badry menyimpulkan. “Ini menimbulkan banyak pertanyaan tentang bagaimana sistem biner ini muncul dan berapa banyak dari mereka yang tidak aktif lubang hitam ada di luar sana.”

“Sebagai bagian dari jaringan observatorium berbasis ruang dan darat, Gemini North tidak hanya memberikan bukti kuat untuk lubang hitam terdekat, tetapi juga sistem lubang hitam murni pertama yang tidak terganggu oleh gas panas biasa yang terkait dengan lubang hitam, ” kata Petugas Program Gemini NSF Martin Still.

“Sementara ini berpotensi menjadi pertanda baik untuk penemuan masa depan populasi lubang hitam yang diperkirakan tidak aktif di galaksi kita, pengamatan juga meninggalkan misteri untuk dipecahkan – meskipun berbagi sejarah dengan tetangganya yang eksotis, mengapa bintang pendamping begitu normal dalam sistem bintang biner ini. ?”