Teleskop Luar Angkasa Webb NASA yang baru senilai $ 10 miliar akan mengungkapkan lubang hitam supermasif di jantung Bima Sakti

Webb akan menghadapi tantangan suar misterius dari lubang hitam supermasif yang telah terbukti menarik dan membuat frustrasi para astronom.

Pada tahun pertama operasi NASA‘S Teleskop Luar Angkasa James Webb akan bermitra dengan kolaborasi global untuk menciptakan citra lingkungan yang langsung mengelilingi supermassif lubang hitam di hati kita Bima Sakti Galaksi. Event Horizon Telescope (EHT) terkenal dengan rekaman pertama “bayangan” lubang hitam di inti galaksi M87 dan sekarang didedikasikan untuk lingkungan yang lebih kompleks dari Sagitarius A *, supermasif Bima Sakti. lubang hitam. Sementara inti M87 adalah target tetap, Sagitarius A * menampilkan kedipan misterius setiap jam yang membuat proses pencitraan jauh lebih sulit. Webb akan membantu dengan gambar inframerahnya sendiri dari wilayah lubang hitam dan memberikan data tentang kapan suar muncul, yang akan menjadi referensi berharga bagi tim EHT.

Pusaran gas panas raksasa bersinar dengan cahaya inframerah dan menandai perkiraan lokasi lubang hitam supermasif di jantung Bima Sakti kita. Gambar komposit multi-panjang gelombang ini berisi cahaya inframerah-dekat yang ditangkap oleh Teleskop Luar Angkasa Hubble NASA dan merupakan gambar inframerah paling tajam yang pernah ditangkap dari wilayah pusat galaksi ketika dirilis pada tahun 2009 A *, upaya yang bekerja dengan acara tersebut memiliki Horizon Telescope (EHT) membuatnya sulit untuk mendapatkan gambar yang lebih akurat dan detail. Sementara lubang hitam itu sendiri tidak memancarkan cahaya sehingga tidak dapat dideteksi oleh teleskop, tim EHT berupaya menangkapnya dengan memberikan gambaran yang jelas tentang gas panas dan debu yang langsung mengelilinginya. Kredit foto: NASA, ESA, SSC, CXC, STScI

Di puncak gunung terpencil di seluruh dunia, para ilmuwan sedang menunggu berita bahwa malam ini adalah malam: koordinasi kompleks antara selusin teleskop di darat dan di luar angkasa selesai, cuaca cerah, masalah teknis telah diatasi – bintang-bintang metaforis sedang selaras. Saatnya untuk melihat lubang hitam supermasif di jantung galaksi Bima Sakti kita.

“Sudoku perencanaan” ini, sebagaimana para astronom menyebutnya, berlangsung setiap hari dalam kampanye observasi oleh kolaborasi Event Horizon Telescope (EHT), dan mereka akan segera memiliki pemain baru untuk disertakan; Teleskop Luar Angkasa James Webb NASA akan bergabung dalam upaya tersebut. Selama daftar pantauan pertama Webb, para astronom akan menggunakan kemampuan pencitraan inframerahnya untuk mengatasi beberapa tantangan unik dan berkelanjutan yang ditimbulkan oleh lubang hitam Bima Sakti, yang dikenal sebagai Sagitarius A * (Sgr A *; tanda bintang diucapkan “bintang”).

Pada tahun 2017, EHT menggunakan kekuatan pencitraan gabungan dari delapan fasilitas teleskop radio di sekitar planet ini untuk menangkap pandangan pertama yang bersejarah dari wilayah tersebut secara langsung di sekitar lubang hitam supermasif di galaksi M87. Sgr A * lebih dekat tetapi lebih gelap dari lubang hitam M87, dan kerlipan suar unik di material sekitarnya mengubah pola cahaya setiap jam, menciptakan tantangan bagi para astronom.

Kredit foto: NASA, ESA, SSC, CXC, STScI

“Lubang hitam supermasif galaksi kita adalah satu-satunya yang diketahui memiliki jenis kedipan ini, dan meskipun hal ini membuat pengambilan gambar wilayah menjadi sangat sulit, Sagitarius A* juga membuatnya lebih menarik secara ilmiah,” katanya Astronom Farhad Yusef-Zadeh , seorang profesor di Universitas Northwest dan peneliti utama program Webb untuk observasi Sgr A *.

Flare disebabkan oleh percepatan sementara tapi kuat dari partikel di sekitar lubang hitam ke energi yang jauh lebih tinggi dengan emisi cahaya yang sesuai. Manfaat utama mengamati Sgr A * dengan Webb adalah kemampuan untuk mengumpulkan data dalam dua panjang gelombang inframerah (F210M dan F480M) secara bersamaan dan terus-menerus dari posisi teleskop di luar bulan. Webb memiliki pandangan tanpa gangguan dan mengamati siklus kedipan dan ketenangan yang dapat digunakan tim EHT sebagai referensi dengan data mereka sendiri, sehingga menghasilkan gambar yang lebih bersih.

Sumber atau mekanisme yang menyebabkan flare Sgr A* banyak diperdebatkan. Jawaban tentang bagaimana suar Sgr A * dimulai, memuncak, dan larut dapat memiliki implikasi luas untuk eksplorasi lubang hitam di masa depan serta partikel dan plasma Fisika dan bahkan obor dari matahari.

Gas panas berputar di sekitar wilayah lubang hitam supermasif Bima Sakti, diterangi oleh cahaya inframerah-dekat yang ditangkap oleh Teleskop Luar Angkasa Hubble NASA. Diterbitkan pada tahun 2009 untuk menandai Tahun Astronomi Internasional, gambar ini adalah gambar inframerah paling tajam yang pernah diambil dari wilayah pusat galaksi. Teleskop Luar Angkasa James Webb NASA yang akan datang, yang dijadwalkan diluncurkan pada Desember 2021, akan melanjutkan penelitian ini, menggabungkan resolusi kekuatan Hubble dengan kemampuan deteksi inframerah yang lebih banyak lagi. Yang menarik bagi para astronom adalah pengamatan Webb terhadap suar di daerah tersebut, yang belum pernah diamati di lubang hitam supermasif lainnya dan yang penyebabnya tidak diketahui. Suar telah mempersulit Event Horizon Telescope (EHT) untuk menangkap gambar di sekitar lubang hitam, dan data inframerah Webb diharapkan dapat menghasilkan gambar yang bersih. Kredit foto: NASA, ESA, STScI, Q. Daniel Wang (UMass)

“Lubang hitam sangat keren,” kata Sera Markoff, astronom di tim peneliti Webb Sgr A* dan saat ini wakil ketua Dewan Sains EHT. “Alasan mengapa para ilmuwan dan badan antariksa di seluruh dunia berusaha keras mempelajari lubang hitam adalah karena mereka adalah lingkungan paling ekstrem di alam semesta yang diketahui di mana kita dapat menerapkan teori dasar kita, seperti relativitas umum, ke teori praktis. mampu menjalani ujian.”

Lubang hitam, yang diprediksi oleh Albert Einstein sebagai bagian dari teori relativitas umumnya, dalam beberapa hal berlawanan dengan apa yang tersirat dari namanya – lubang hitam adalah wilayah materi terpadat dan terpadat yang kita ketahui. Medan gravitasi lubang hitam begitu kuat sehingga mendistorsi struktur ruang di sekitarnya, dan materi apa pun yang terlalu dekat dengannya akan terikat di sana selamanya, bersama dengan cahaya yang dipancarkan materi tersebut. Inilah sebabnya mengapa lubang hitam tampak “hitam”. Setiap cahaya yang terdeteksi oleh teleskop tidak berasal dari lubang hitam itu sendiri, tetapi dari lingkungan. Para ilmuwan menyebut ujung terdalam dari cahaya ini sebagai cakrawala peristiwa, di mana kolaborasi EHT mendapatkan namanya.

Gambar EHT dari M87 adalah bukti visual langsung pertama bahwa prediksi Einstein tentang lubang hitam itu benar. Lubang hitam terus menjadi tempat pengujian teori Einstein, dan para ilmuwan berharap pengamatan multi-panjang gelombang Sgr A* yang direncanakan dengan hati-hati oleh EHT, Webb, sinar-X, dan observatorium lainnya akan mengurangi margin kesalahan dalam perhitungan relativitas umum, atau mungkin menunjuk ke bidang fisika baru yang saat ini tidak kita pahami.

Seheboh prospek pemahaman baru dan/atau fisika baru, Markoff dan Zadeh menyadari bahwa ini baru permulaan. “Ini sebuah proses. Kami mungkin akan memiliki lebih banyak pertanyaan daripada jawaban pada awalnya, ”kata Markoff. Tim peneliti Sgr A * berencana untuk mendaftar ke Webb untuk lebih banyak waktu di tahun-tahun mendatang untuk memantau suar tambahan dan membangun basis pengetahuan untuk menentukan pola dari suar yang tampaknya acak. Pelajaran yang didapat dari mempelajari Sgr A * kemudian diterapkan ke lubang hitam lain untuk mempelajari apa yang mendasar pada sifatnya dan apa yang membuat lubang hitam unik.

Jadi perencanaan Sudoku yang menegangkan akan berlanjut untuk beberapa waktu, tetapi para astronom setuju bahwa upaya itu sepadan. “Ini adalah hal paling mulia yang bisa dilakukan orang untuk mencari kebenaran,” kata Zadeh. “Itu sudah menjadi sifat kami. Kami ingin tahu bagaimana alam semesta bekerja karena kami adalah bagian dari alam semesta. Lubang hitam bisa berisi petunjuk untuk beberapa pertanyaan besar ini.”

Teleskop Webb NASA akan berfungsi sebagai observatorium ruang angkasa utama untuk dekade berikutnya, menjelajahi setiap fase sejarah kosmik – dari tata surya kita hingga galaksi terjauh yang dapat diamati di alam semesta awal dan segala sesuatu di antaranya. Webb akan mengungkapkan penemuan baru dan tak terduga serta membantu umat manusia memahami asal usul alam semesta dan tempat kita di dalamnya. Webb adalah program internasional yang dipimpin oleh NASA dengan mitranya ESA (European Space Agency) dan Canadian Space Agency.