Para ilmuwan menemukan lubang hitam berputar secara tak terduga cepat: 'Anda pada dasarnya melihat catatan fosilnya'
Para ilmuwan telah menemukan bahwa beberapa lubang hitam supermasif berputar jauh lebih cepat dari yang diharapkan. Penemuan itu datang sebagai hasil dari bentuk baru “arkeologi lubang hitam” yang menghubungkan lubang hitam berputar ke gas dan debu yang telah mereka konsumsi untuk tumbuh lebih dari 7 miliar tahun sejarah kosmik.
Temuan, milik Sloan Digital Sky Survey (SDSS) menyarankan beberapa hal. Untuk satu, alam semesta awal mungkin lebih tertib dari yang diduga sebelumnya. Dan kedua, pertumbuhan lubang hitam supermasif melalui rantai merger yang semakin besar dan lebih besar lubang hitam (dipicu saat galaksi bertabrakan dan bergabung) dapat dilengkapi dengan benda -benda yang dengan rakus berpesta dengan gas dan debu di sekitarnya.
“Kami telah mempelajari lubang hitam raksasa yang ditemukan di pusat -pusat galaksi, dari hari ini hingga sejauh tujuh miliar tahun yang lalu,” kata anggota tim Logan Fries, dari University of Connecticut, mengatakan dalam a penyataan. “Tanpa diduga, kami menemukan bahwa mereka berputar terlalu cepat untuk dibentuk oleh galaksi merger saja.
“Mereka pasti terbentuk sebagian besar dari material yang jatuh, menumbuhkan lubang hitam dengan lancar dan mempercepat rotasinya.”
Mengukur putaran lubang balck tidak mudah
Meskipun merupakan monster kosmik yang membentuk seluruh galaksi di sekitar mereka, lubang hitam supermasif dengan jutaan orang atau miliaran kali matahari (dan rekan-rekan mereka yang lebih kecil) secara keseluruhan cukup sederhana.
Mereka dapat ditentukan secara individual hanya dengan tiga karakteristik: massa, putaran, dan, kurang penting, muatan listrik. Seperti fisikawan John Wheeler dengan cerdik menjelaskan kurangnya fitur yang membedakan ini: “Lubang hitam tidak memiliki rambut.”
“Lubang hitam tampak sangat eksotis, tetapi Anda dapat menggambarkannya sepenuhnya dengan hanya dua angka: massa dan laju putaran,” Fries menjelaskan. “Masalahnya adalah bahwa massa sulit diukur, dan putaran bahkan lebih sulit.”
Kecepatan di mana lubang hitam berputar sulit untuk dibedakan dari kecepatan di mana awan gas dan debu di sekitarnya – disk akresi – berputar.
“Tantangannya terletak pada memisahkan putaran lubang hitam dari putaran disk akresi di sekitarnya,” Jonathan Trump, anggota tim dan peneliti Universitas Connecticut, mengatakan dalam pernyataannya. “Kuncinya adalah melihat daerah terdalam, di mana gas jatuh ke cakrawala acara Black Hole.
“Lubang hitam yang berputar menyeret bahan terdalam itu untuk perjalanan, yang mengarah pada perbedaan yang dapat diamati ketika kita melihat detail dalam pengukuran kita.”
Catatan Fosil Kosmik
Tim menangani tugas yang menantang untuk menentukan putaran lubang hitam menggunakan proyek pemetaan gema SDSS. Proyek ini telah membuat pengukuran massa yang sangat tepat untuk ratusan lubang hitam sementara juga melakukan pengamatan terperinci dari struktur disk pertambahan void.
Data ini hadir dalam bentuk spektrum, atau cahaya yang dipancarkan di seluruh spektrum elektromagnetik. Dengan ini, para ilmuwan dapat mulai mengukur laju di mana lubang hitam pusat berputar.
Pergeseran halus dalam panjang gelombang cahaya mengungkapkan banyak hal tentang rotasi lubang hitam. Ketika material jatuh ke dalam lubang hitam, itu juga membawa momentum sudut – rotasi itu mengungkapkan detail diet masa lalu lubang hitam.
“Saya menyebut pendekatan ini 'arkeologi lubang hitam' karena kami mencoba memahami bagaimana massa lubang hitam telah tumbuh dari waktu ke waktu,” kata Fries. “Dengan melihat putaran lubang hitam, Anda pada dasarnya melihat catatan fosilnya.”
“Catatan fosil” ini dapat diterjemahkan ketika para ilmuwan membandingkan laju putaran yang diamati dengan apa yang diprediksi.
Saat ini, model yang disukai menunjukkan lubang hitam supermasif tumbuh oleh merger yang dipicu ketika galaksi rumah mereka bertabrakan dan bergabung. Karena galaksi individu ini memiliki tingkat rotasi dan orientasi acak sendiri, ketika mereka bergabung, rotasi ini dapat dibatalkan. Atau, setidaknya, mereka bisa bergabung bersama. Keduanya hasil sebaiknya menjadi sama mungkin.
Mengingat hal ini, para ilmuwan berharap bahwa lubang hitam harus berputar sangat lambat. Namun, bukan itu yang ditemukan oleh tim ini.
Penelitian ini tidak hanya mengungkapkan bahwa banyak lubang hitam berputar lebih cepat dari yang diharapkan, tetapi juga menunjukkan bahwa lubang hitam di galaksi yang lebih jauh berputar lebih cepat daripada yang ada di alam semesta lokal.
Ini menunjukkan putaran lubang hitam dapat dibangun secara bertahap dari waktu ke waktu. Salah satu cara yang bisa terjadi adalah melalui akumulasi momentum sudut Black Hole dengan pertambahan debu dan gas secara bertahap.
Peneliti dapat menguji lebih lanjut ide ini dan memverifikasi hasil ini menggunakan pengamatan dari James Webb Space Telescope (JWST), yang, dalam tiga tahun operasinya, telah menemukan lubang hitam supermasif dari zaman alam semesta sebelumnya dan sebelumnya.
“Lubang hitam benar-benar duduk di perbatasan pemahaman manusia,” Juna Kollmeier, direktur SDSS-V, fase SDSS saat ini, mengatakan dalam pernyataan itu. “Kami melakukan survei besar -besaran seperti SDSS untuk membangun gambaran astrofisika empiris dari sifat -sifat fundamental mereka yang menjadi dasar model teoritis kami dapat diuji.”
Fries mempresentasikan temuan tim pada 14 Januari pada pertemuan ke -245 American Astronomical Society (AAS) di National Harbor, Maryland.
Awalnya diposting di Space.com.
