Bima Sakti mungkin memiliki dua lubang hitam supermasif

[wongdusun]

Lubang hitam supermasif yang mengintai di pusat galaksi kita, yang disebut Sgr A *, memiliki massa sekitar 4 juta kali dari Matahari kita. Lubang hitam adalah tempat di ruang di mana gravitasi begitu kuat sehingga partikel atau cahaya tidak bisa lepas darinya. Sekeliling Sgr A * adalah gugusan bintang yang padat. Pengukuran yang tepat dari orbit bintang-bintang ini memungkinkan para astronom untuk mengkonfirmasi keberadaan lubang hitam supermasif ini dan untuk mengukur massanya. Selama lebih dari 20 tahun, para ilmuwan telah memantau orbit bintang-bintang ini di sekitar lubang hitam supermasif. Berdasarkan apa yang kami lihat, kolega saya dan saya menunjukkan bahwa jika ada teman di sana, mungkin ada lubang hitam kedua di dekatnya yang setidaknya 100.000 kali massa Matahari.

Lubang hitam supermasif dan teman-teman mereka
Hampir setiap galaksi, termasuk Bima Sakti kita, memiliki lubang hitam supermasif di jantungnya, dengan massa jutaan hingga milyaran kali massa Matahari. Para astronom masih mempelajari mengapa jantung galaksi sering memiliki lubang hitam supermasif. Satu ide populer menghubungkan kemungkinan lubang supermasif punya teman.

Untuk memahami gagasan ini, kita perlu kembali ke masa ketika alam semesta berusia sekitar 100 juta tahun, ke era galaksi pertama. Mereka jauh lebih kecil dari galaksi hari ini, sekitar 10.000 kali atau lebih kecil dari Bima Sakti. Dalam galaksi-galaksi awal ini, bintang-bintang pertama yang mati menciptakan lubang hitam, sekitar puluhan hingga ribuan massa Matahari. Lubang hitam ini tenggelam ke pusat gravitasi, jantung galaksi inang mereka. Karena galaksi berevolusi dengan menggabungkan dan bertabrakan satu sama lain, tabrakan antar galaksi akan menghasilkan pasangan lubang hitam supermasif - bagian kunci dari cerita ini. Lubang hitam kemudian bertabrakan dan tumbuh dalam ukuran juga. Sebuah lubang hitam yang lebih dari satu juta kali massa putra kita dianggap supermasif.

Jika memang lubang hitam supermasif memiliki teman yang berputar di sekitarnya dalam orbit dekat, pusat galaksi terkunci dalam tarian kompleks. Gravitasi tunda para mitra juga akan memberikan tarikannya sendiri pada bintang-bintang terdekat yang mengganggu orbitnya. Dua lubang hitam supermasif saling mengorbit, dan pada saat yang sama, masing-masing mengeluarkan tarikannya sendiri pada bintang-bintang di sekitarnya.

Gaya gravitasi dari lubang hitam menarik bintang-bintang ini dan membuat mereka mengubah orbitnya; dengan kata lain, setelah satu revolusi di sekitar pasangan lubang hitam supermasif, sebuah bintang tidak akan persis kembali ke titik di mana ia dimulai.

Dengan menggunakan pemahaman kita tentang interaksi gravitasi antara pasangan lubang hitam supermasif yang mungkin dan bintang-bintang di sekitarnya, para astronom dapat memprediksi apa yang akan terjadi pada bintang-bintang. Para ahli astrofisika seperti rekan saya dan saya dapat membandingkan prediksi kami dengan pengamatan, dan kemudian dapat menentukan kemungkinan orbit bintang-bintang dan mencari tahu apakah lubang hitam supermasif memiliki pendamping yang mengerahkan pengaruh gravitasi.

Menggunakan bintang yang dipelajari dengan baik, yang disebut S0-2, yang mengorbit lubang hitam supermasif yang terletak di pusat galaksi setiap 16 tahun, kita sudah dapat mengesampingkan gagasan bahwa ada lubang hitam supermasif kedua dengan massa di atas 100.000 kali massa Matahari dan lebih jauh dari sekitar 200 kali jarak antara Matahari dan Bumi. Jika ada pendamping seperti itu, maka saya dan rekan-rekan saya akan mendeteksi efeknya pada orbit SO-2.

Tapi itu tidak berarti bahwa lubang hitam pendamping yang lebih kecil masih tidak bisa bersembunyi di sana. Objek seperti itu mungkin tidak mengubah orbit SO-2 dengan cara yang dapat kita ukur dengan mudah.

Fisika lubang hitam supermasif
Lubang hitam supermasif telah mendapat banyak perhatian belakangan ini. Secara khusus, gambar baru-baru ini dari raksasa semacam itu di pusat galaksi M87 membuka jendela baru untuk memahami fisika di balik lubang hitam.

Kedekatan pusat galaksi Bima Sakti - hanya 24.000 tahun cahaya jauhnya - menyediakan laboratorium unik untuk mengatasi masalah dalam fisika dasar lubang hitam supermasif. Sebagai contoh, ahli astrofisika seperti saya ingin memahami dampaknya pada wilayah pusat galaksi dan perannya dalam pembentukan dan evolusi galaksi. Deteksi sepasang lubang hitam supermasif di pusat galaksi akan menunjukkan bahwa Bima Sakti bergabung dengan galaksi lain, yang mungkin kecil, pada suatu waktu di masa lalu.

Tidak hanya itu yang bisa diberitahukan kepada bintang-bintang di sekitarnya. Pengukuran bintang S0-2 memungkinkan para ilmuwan untuk melakukan tes unik dari teori relativitas umum Einstein. Pada Mei 2018, S0-2 meluncur melewati lubang hitam supermasif pada jarak hanya sekitar 130 kali jarak Bumi dari Matahari. Menurut teori Einstein, panjang gelombang cahaya yang dipancarkan oleh bintang harus meregang saat ia naik dari sumur gravitasi yang dalam dari lubang hitam supermasif.

Panjang gelombang peregangan yang diprediksi Einstein - yang membuat bintang tampak lebih merah - terdeteksi dan membuktikan bahwa teori relativitas umum secara akurat menggambarkan fisika di zona gravitasi ekstrim ini. Saya sangat menantikan pendekatan terdekat kedua S0-2, yang akan terjadi dalam waktu sekitar 16 tahun, karena astrofisikawan seperti saya akan dapat menguji lebih banyak prediksi Einstein tentang relativitas umum, termasuk perubahan orientasi orbit memanjang bintang-bintang ' . Tetapi jika lubang hitam supermasif memiliki pasangan, ini bisa mengubah hasil yang diharapkan.

Akhirnya, jika ada dua lubang hitam masif yang mengorbit satu sama lain di pusat galaksi, seperti yang disarankan tim saya adalah mungkin, mereka akan memancarkan gelombang gravitasi. Sejak 2015, observatorium LIGO-Virgo telah mendeteksi radiasi gelombang gravitasi dari penggabungan lubang hitam bermassa-bintang dan bintang-bintang neutron. Deteksi yang inovatif ini telah membuka cara baru bagi para ilmuwan untuk merasakan alam semesta.



Setiap gelombang yang dipancarkan oleh pasangan lubang hitam hipotetis kami akan berada pada frekuensi rendah, terlalu rendah untuk dideteksi oleh detektor LIGO-Virgo. Tetapi detektor berbasis ruang yang direncanakan yang dikenal sebagai LISA mungkin dapat mendeteksi gelombang ini yang akan membantu ahli astrofisika mengetahui apakah lubang hitam pusat galaksi kita sendirian atau memiliki pasangan.