Komunitas Science Join
MyKomunitas

Terungkap Lubang Hitam Di Jantung Galaksi Bima Sakti

Misteri di jantung Bima Sakti akhirnya terpecahkan. Pagi ini, pada konferensi pers serentak di seluruh dunia, para astronom dari Event Horizon Telescope (EHT) mengungkapkan gambar pertama Sagitarius A*, lubang hitam supermasif di pusat Bima Sakti. Ini bukan gambar lubang hitam pertama yang diberikan kolaborasi ini kepada kami—itu adalah gambar ikonik M87*, yang mereka ungkapkan pada 10 April 2019. Tapi itu yang paling menjelaskan bagi mereka dan diinginkan. Sagitarius A* adalah lubang hitam supermasif, titik diam di sekitar galaksi kita yang berputar.

Para ilmuwan telah lama berpikir bahwa lubang hitam supermasif yang tersembunyi jauh di dalam wilayah pusat galaksi kita yang tidakberaturan adalah satu-satunya penjelasan yang mungkin untuk hal-hal aneh yang terjadi di sana—seperti bintang-bintang raksasa yang melontarkan seperti ketapel di sekitar sesuatu yang tak terlihat di luar angkasa dengan kecepatan yang cukup besar. Namun mereka ragu untuk mengatakannya secara langsung. Misalnya, ketika astronom Reinhard Genzel dan Andrea Ghez berbagi penghargaan hadiah Nobel Fisika 2020 pada Sagitarius A*, kutipan mereka menetapkan bahwa mereka dihargai untuk “penemuan objek kompak supermasif di pusat galaksi kita. ," bukan pengungkapan "lubang hitam." Waktu untuk kehati-hatian semacam itu telah kedaluwarsa.

Di Klub Pers Nasional di Washington, D.C., pagi ini, Feryal zel, seorang profesor astronomi dan fisika di Universitas Arizona dan anggota Dewan Sains EHT, memperkenalkan gambar, sebuah cincin gelap yang dibingkai oleh tiga simpul triliun yang bersinar. -gas derajat “Saya bertemu [Sagitarius A*] 20 tahun yang lalu dan menyukainya dan mencoba memahaminya sejak itu,” kata zel. “Tapi sampai sekarang, kami tidak memiliki gambaran langsung.”

Lubang hitam menjebak segala sesuatu yang jatuh, termasuk cahaya, sehingga mereka, dalam arti yang sangat nyata, tidak dapat dilihat. Tetapi mereka membengkokkan ruang-waktu di sekitar mereka sedemikian parahnya sehingga, ketika mereka diterangi oleh aliran-aliran cahaya dari materi jatuh yang tercabik-cabik dalam cengkeraman gravitasi mereka, mereka membentuk sebuah “bayangan.” Bayangan itu kira-kira dua setengah kali lebih besar dari cakrawala peristiwa lubang hitam: batasnya dan ciri khasnya, garis dalam ruang-waktu yang tidak akan pernah bisa kembali lagi.

EHT menangkap gambar bayangan ini menggunakan teknik yang disebut very long baseline interferometry (VLBI), yang menggabungkan observatorium radio di beberapa benua untuk membentuk teleskop seukuran Bumi virtual, instrumen dengan resolusi tertinggi di semua astronomi. Pada bulan April 2017, kolaborasi EHT mengarahkan instrumen virtual itu ke Sagitarius A* dan lubang hitam supermasif lainnya. Kami telah melihat produk jadi pertama dari upaya itu: M87*. Tim juga menangkap data mentah untuk gambar Sagitarius A* dalam kampanye yang sama, tetapi mengubah pengamatan tersebut menjadi gambar sebenarnya membutuhkan waktu lebih lama.

Itu karena Sagitarius A* terus berubah. M87*, lubang hitam di jantung galaksi Messier 87, atau M87, sangat besar sehingga materi yang berputar di sekitarnya membutuhkan waktu berjam-jam untuk menyelesaikan orbit penuh. Secara praktis, itu berarti Anda dapat menatapnya untuk waktu yang lama, dan itu hampir tidak akan berubah. Sagitarius A* lebih dari 1.000 kali lebih kecil, sehingga berubah sekitar 1.000 kali lebih cepat, saat materi bergerak dalam orbit yang lebih rapat dan lebih cepat di sekitar lubang hitam. Katie Bouman, seorang ilmuwan komputer dan astronom dari Institut Teknologi California yang ikut memimpin kelompok kerja pencitraan EHT, mengatakan bahwa materi mengorbit Sagitarius A* begitu cepat sehingga berubah "dari menit ke menit." Bayangkan mengambil foto selang waktu dari peluru yang melaju kencang—melakukannya tidak mudah. Itu sebabnya, mengekstraksi gambar yang jelas dari Sagitarius A* dari data yang dikumpulkan dalam pengamatan tahun 2017 telah menjadi menghabiskan selama beberapa tahun.

Jika sifat lincah Sagitarius A* membuatnya sulit untuk dilihat, itu juga menjadikannya laboratorium yang menarik untuk studi lubang hitam di masa depan dan teori relativitas umum Einstein, teori gravitasinya yang abadi. Melalui studi puluhan tahun, dengan segala macam teleskop, para astronom telah mengetahui pengukuran dasar Sagitarius A* (massa, diameter, dan jaraknya dari Bumi) dengan sangat akurat. Sekarang, akhirnya, mereka memperoleh kemampuan untuk melihatnya berevolusi—untuk menyaksikannya memakan aliran materi yang menyala dan berkedip—secara real time.

Para ilmuwan mulai curiga bahwa sebuah lubang hitam mengintai di jantung Bima Sakti pada awal 1960-an, tidak lama setelah penemuan inti galaksi aktif—daerah yang sangat terang di inti beberapa galaksi yang diterangi oleh lubang hitam supermasif yang menelan apa saja dengan rakus. Dari sudut pandang kita di Bumi, inti galaksi aktif adalah sesuatu dari masa lalu—kita hanya melihatnya di alam semesta yang jauh. Kemana mereka semua pergi? Pada tahun 1969 astrofisikawan Inggris Donald Lynden-Bell berpendapat bahwa mereka tidak pergi ke mana pun. Sebaliknya, katanya, mereka hanya pergi tidur setelah makan berat—lubang hitam supermasif yang tidak aktif, dia memperkirakan, tertidur di sekitar kita di jantung galaksi spiral, termasuk galaksi kita sendiri.

Pada tahun 1974 astronom Amerika Bruce Balick dan Robert Brown mengarahkan teleskop radio di Green Bank, W. Va., di pusat Bima Sakti dan menemukan titik redup yang mereka curigai sebagai lubang hitam pusat galaksi kita. Mereka menemukan bintik di sepotong langit yang dikenal sebagai Sagitarius A. Radiasi dari sumber baru menerangi—atau “menyenangkan”—di sekeliling awan hidrogen. Brown meminjam dari nomenklatur fisika atom, di mana atom yang tereksitasi ditandai dengan tanda bintang, dan diberi nama bintik yang baru ditemukan Sagitarius A*.

Selama dua dekade berikutnya, astronom radio terus secara bertahap meningkatkan pandangan mereka tentang Sagitarius A*, tetapi mereka dibatasi oleh kurangnya teleskop yang sesuai, teknologi yang relatif primitif (pikirkan pita magnetik reel-to-reel) dan kesulitan yang melekat untuk melihat ke dalam pusat galaksi.

Sagitarius A* disembunyikan oleh kerudung berlapis-lapis. Lapisan pertama adalah bidang galaksi—gas dan debu senilai 26.000 tahun cahaya yang menghalangi cahaya tampak. Gelombang radio bak berlayar melalui bidang galaksi tanpa hambatan, tetapi mereka dikaburkan oleh lapisan kedua tabir—layar hamburan, bidang ruang yang bergejolak di mana variasi kerapatan dalam medium antarbintang membuat gelombang radio sedikit keluar jalur. Lapisan terakhir yang menyembunyikan Sagitarius A* adalah materi yang dilenyapkan di sekitar lubang hitam itu sendiri. Mengintip melalui penghalang itu seperti mengupas kulit bawang. Lapisan luar memancarkan cahaya dengan panjang gelombang yang lebih panjang, sehingga membuat VLBI bekerja dengan cahaya dengan panjang gelombang yang lebih pendek akan memungkinkan pandangan lebih dekat mendekati cakrawala peristiwa lubang hitam. 

Para astronom yang menggunakan teknik lain selain VLBI pada awalnya lebih sukses, terus mengumpulkan bukti tidak langsung bahwa "titik" Sagitarius A* sebenarnya adalah lubang hitam supermasif yang mendidih. Pada 1980-an fisikawan Charles Townes dan rekan-rekannya menunjukkan bahwa awan gas di pusat galaksi bergerak dengan cara yang hanya masuk akal jika mereka berada di bawah pengaruh massa gravitasi yang besar dan tak terlihat. Dan pada 1990-an Ghez dan Genzel secara independen mulai melacak orbit bintang biru raksasa di pusat galaksi, memetakan gerakan mereka di sekitar titik poros namun tersembunyi.

Sementara itu, perkembangan radio para astronomk. Pada akhir 1990-an dan awal 2000-an, generasi baru teleskop radio frekuensi tinggi mulai diaplikasikan—teleskop--jika ditambah dengan banyak peralatan yang dipesan lebih dahulu, dapat berpartisipasi dalam pengamatan VLBI pada frekuensi gelombang mikro yang dianggap bersinar dari tepi Sagitarius A bayangan *. Pada saat yang sama, revolusi komputasi yang menghasilkan hard drive solid-state dan smartphone di setiap saku sangat meningkatkan jumlah data yang dapat direkam dan diproses oleh setiap observatorium dalam jaringan teleskop radio.

Pada tahun 2007, prekursor kecil untuk EHT memanfaatkan tren ini dan menggunakan trio teleskop di Hawaii, California, dan New Mexico untuk menembus selubung yang mengelilingi Sagitarius A*. Mereka tidak dapat mendapatkan gambar, tetapi mereka melihat sesuatu, yaitu black hole.

Para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa lubang hitam seharusnya, dalam keadaan tertentu, mengeluarkan bayangan yang terlihat. Pada tahun 1973 fisikawan James Bardeen meramalkan bahwa lubang hitam di depan latar belakang yang terang akan menunjukkan siluetnya, meskipun ia memutuskan bahwa "tampaknya tidak ada harapan untuk mengamati efek ini." Dan pada tahun 2000, ahli astrofisika Heino Falcke, Fulvio Melia, dan Eric Agol telah menunjukkan bahwa teleskop radio seukuran Bumi yang mengumpulkan gelombang mikro harus dapat melihat bayangan Sagitarius A* melawan cahaya cincin materi yang hancur di sekitarnya.

Setengah dekade kemudian, beberapa astronom dan astrofisikawan yang bekerja di sudut astronomi yang tidak jelas ini menyetujui tujuan formal untuk membangun teleskop radio skala planet virtual untuk mengamati bayangan itu. Pertemuan kickoff resmi pertama untuk proyek tersebut terjadi pada Januari 2012, dan EHT lahir.

Lima tahun kemudian, setelah berkembang menjadi kolaborasi lebih dari 200 ilmuwan dengan delapan observatorium yang berpartisipasi di seluruh dunia, tim mengambil gambar yang realistis pertama untuk melihat bayangan Sagitarius A*. Selama 10 hari pada bulan April 2017, teleskop di Amerika Utara, Amerika Selatan, Hawaii, Eropa, dan Antartika secara kolektif memperbesar pusat galaksi dan lubang hitam lainnya, mengumpulkan 65 jam data pada 1.024 hard drive delapan terabyte, yang dikirim ke bank superkomputer di Massachusetts dan Jerman untuk korelasi. Lima tahun setelah itu, para peneliti EHT yang gembira menunjukkan kepada dunia bahwa eksperimen mereka berhasil. “Kami telah mengerjakan ini begitu lama sehingga, sesekali, Anda harus mencubit diri sendiri,” kata Bouman pagi ini. "Ini adalah lubang hitam di pusat galaksi kita!"

Penulis: Seth Fletcher

Diketik Ulang: Yurz,2022

 

Go somewhere

© 2024 Copyright on mykomunitas.com