Bimasakti menyembunyikan puluhan ribu lubang hitam

Lubang hitam sendiri tidak terlihat, tetapi x-ray dan emisi radio dari materi di sebelahnya dapat memberi kita gambaran tentang lokasi dan sifat fisiknya.

Di pusat hampir setiap galaksi adalah lubang hitam supermasif, di mana materi telah mengumpulkan jutaan atau bahkan milyaran matahari. Namun, di sekitarnya seharusnya tidak hanya ada banyak bintang yang bergerak cepat, tetapi juga puluhan ribu lubang hitam yang lebih kecil terbentuk dari sisa-sisa bintang masif, yang seharusnya berada di dekat pusat galaksi. Mengamati ruang di sekitar Sagitarius A * , monster kami di pusat Bimasakti berbobot empat juta matahari, kami menemukan bintang, debu, gas, radiasi elektromagnetik, dan semua yang diharapkan, dengan satu pengecualian: tidak ada bukti keberadaan lubang hitam yang lebih kecil ini. Diharapkan bahwa di wilayah dengan diameter hanya enam tahun cahaya dan sebuah pusat di Sagitarius A * akan ada lebih dari sepuluh ribu, tetapi mereka tidak ditemukan di sana. Yaitu, sampai kami menemukan metode cerdik yang baru, berkat itu kami menemukan selusin dari mereka tahun lalu saja. Oleh karena itu, lubang hitam ini memang ada di sana, dan sekarang kami memiliki ide tentang cara menemukannya.


Gambar komposit lubang hitam di tengah Galaxy kita dari sinar-x dan sinar infra merah: Sagitarius A *. Massanya adalah empat juta matahari, dan dikelilingi oleh gas panas yang memancarkan sinar-X, bintang-bintang, dan, berpotensi, ribuan lubang hitam yang lebih kecil.

Wilayah ruang yang mengelilingi lubang hitam di pusat Galaxy kita dipenuhi dengan bahan yang hanya dapat dideteksi di luar spektrum yang terlihat. Meskipun tidak ada keraguan banyak sumber cahaya berbintang di sana, debu yang memenuhi bidang Bimasakti kita cukup untuk memblokir semua cahaya yang jika tidak akan melewati 25.000 tahun cahaya untuk mencapai mata kita. Tetapi pada panjang gelombang besar, dalam rentang inframerah dan radio, ada cahaya yang dapat menerobos ke kita dan mengungkapkan keberadaan bintang dan gas di pusat, dan radiasi sinar-X pada panjang gelombang yang lebih pendek dapat memberi kita banyak informasi tentang sumber energi radiasi dan peristiwa yang terjadi di sana. .


Gambar pusat galaksi dalam cahaya berbagai panjang gelombang menunjukkan bintang, gas, radiasi dan lubang hitam, serta sumber lainnya. Tetapi cahaya yang datang dari mereka semua, dari sinar gamma ke cahaya tampak dan gelombang radio, hanya bisa mengatakan bahwa kita dapat menangkap instrumen kita pada jarak 25.000 tahun cahaya atau lebih.

Ketika kita mempelajari ruang di sekitar Sagitarius A *, kita melihat sejumlah besar bintang bergerak di sekitar lubang hitam pusat, serta semburan berkala yang muncul selama penyerapan berbagai benjolan materi oleh lubang hitam. Dari apa yang kita lihat, kita bisa membayangkan seperti apa wilayah ruang ini: penuh dengan materi yang dapat secara aktif menciptakan bintang, dan kaya akan unsur-unsur berat. Gas dan debu yang ada di sana menciptakan lingkungan yang ideal untuk pembentukan aktif bintang-bintang, yang, seperti teori terbaik kami katakan, persis seperti yang terjadi di sana. Banyak bintang dengan beragam massa harus terbentuk di sana, yang darinya sejumlah besar supernova, bintang neutron, dan lubang hitam harus diperoleh. Dari data ini kami melakukan penilaian terhadap fakta bahwa dalam radius tiga tahun cahaya dari Sagitarius A * harus ada sekitar 10.000 - 20.000 lubang hitam.


Sejumlah besar bintang ditemukan di sebelah lubang hitam supermasif di inti Bima Sakti. Selain bintang-bintang ini, gas dan debu, kami berharap bahwa di wilayah ini akan ada setidaknya 10.000 lubang hitam yang terletak hanya beberapa tahun cahaya dari Sagitarius A *, tetapi sampai sekarang cukup sulit untuk mendeteksi mereka.

Namun, terlepas dari prediksi tersebut, kami memiliki masalah dalam mengamati lubang hitam ini. Dan ada alasan yang meyakinkan untuk ini: kebanyakan dari mereka sulit untuk diamati, karena mereka tidak memancarkan radiasi yang dapat kita tangkap. Untuk mendeteksi lubang hitam terisolasi yang merupakan satu-satunya bintang di sistem kami, kami tidak memiliki metode kerja. Tetapi untuk melihat lubang hitam yang ada dalam sistem biner di mana lubang hitam dan bintang bergerak di sekitar satu sama lain, ada cara yang rumit: kami mencari kilasan sinar-x yang dipancarkan oleh sistem seperti itu. Menurut ahli astrofisika Chuck Haley :

Ini adalah cara yang jelas untuk mencari lubang hitam. Tetapi pusat galaksi begitu jauh dari Bumi sehingga kilatan seperti itu kuat dan cukup terang untuk kita saksikan, hanya sekali setiap 100-1000 tahun.

Dan karena kami belum beruntung, kami membutuhkan metode yang berbeda.


Sebuah lubang hitam dikenal untuk menyerap materi dan memiliki cakrawala peristiwa di mana tidak ada yang bisa melarikan diri. Tetapi di luar cakrawala, ia dapat memancarkan sinar-x. Ini bisa terjadi baik dalam bentuk wabah besar, dan dalam bentuk aliran yang konstan dan relatif tenang, timbul karena makan yang lambat dari tetangga BH

Pada saat itulah tim Haley datang untuk menyelamatkan. Alih-alih mencari sistem biner dengan bintang dan lubang hitam dalam keadaan aktif yang ditandai oleh flare, mereka menyadari bahwa seseorang dapat mencari jejak gelombang sinar-X yang kurang energik yang seharusnya ada selama tidak aktifnya sistem ini. Hayley melanjutkan:

Akan lebih mudah jika sistem biner dengan lubang hitam akan terus-menerus memancarkan kilatan kuat, seperti sistem biner dengan bintang neutron, tetapi ini tidak demikian, jadi kami harus menemukan cara lain untuk menemukannya. Ketika lubang hitam mendekati bintang massa kecil, kemitraan ini memancarkan sinar x, yang lebih lemah, tetapi mereka konstan dan dapat dideteksi.

Dibutuhkan banyak waktu untuk melacak efek seperti itu di pusat galaksi dalam rentang x-ray, dan tanpa tujuan yang dinyatakan dengan jelas proyek seperti itu tidak akan disetujui. Tetapi tim Haley memiliki kartu truf: data seperti itu ada berkat Observatorium Sinar-X Chandra .


Lubang hitam supermasif Galaxy kita telah menyaksikan kilatan yang sangat terang, tetapi tidak ada yang seterang atau sepanjang XJ1500 + 0134. Berkat peristiwa semacam ini, Chandra mengumpulkan sejumlah besar data selama 19 tahun pengamatan pusat galaksi.

Chandra secara berkala mengamati pusat galaksi selama hampir 19 tahun. Setelah mempelajari set lengkap data arsip, tim dapat menemukan hal yang luar biasa: tanda-tanda sinar-X dari keberadaan dua belas sistem biner yang independen, tidak aktif, dan sunyi dari lubang hitam dan bintang. Mengingat bahwa di Bima Sakti sejauh ini kami hanya menemukan 60 lubang hitam, ini adalah peningkatan yang serius dalam jumlah mereka - tetapi tidak hanya. Semua 12 BH / sistem bintang ini dalam tiga tahun cahaya dari Sagitarius A *, dan keberadaannya memungkinkan kita melakukan sesuatu yang lebih menarik: memperkirakan jumlah total lubang hitam yang ada di wilayah ini. Berdasarkan data yang dikumpulkan, harus ada sekitar 300-500 sistem yang terdiri dari lubang hitam dan bintang, dan sekitar 10.000 lubang hitam yang terisolasi.


Di pusat galaksi ada bintang, gas, debu, dan (seperti yang kita ketahui sekarang) lubang hitam yang berputar dan berinteraksi dengan objek supermasif pusat galaksi.

Ini adalah penemuan luar biasa, dan itu mungkin hanya dalam kerangka Bima Sakti kita. Mengetahui keberadaan sekitar 10.000 lubang hitam di sekitar lubang hitam supermasif kita, kita dapat mengevaluasi apa yang terjadi di pusat setiap galaksi dengan lubang hitam supermasif: ribuan dan ribuan lubang hitam biasa bergerak di sekitarnya. Pada tahun 2030-an, Badan Antariksa Eropa akan meluncurkan Antena Antariksa yang Ditingkatkan menggunakan prinsip interferometer laser (eLISA, sebelumnya LISA), pendeteksi ruang dari gelombang gravitasi dengan bahu yang sangat panjang. Tidak seperti sistem dengan jarak massa tubuh kecil dan periode orbit kecil, dimana LIGO sensitif, eLISA akan dapat untuk pertama kalinya mendeteksi lubang hitam dengan periode orbital yang panjang, berputar panjang dan bergabung dengan lubang hitam supermasif di pusat galaksi.


Selama dua tahun terakhir, gelombang gravitasi dari pertemuan bintang-bintang neutron dan lubang hitam telah ditemukan di Bumi. Dengan membuat observatorium gravitasi di ruang angkasa, kita dapat meningkatkan sensitivitas ke tingkat yang dapat memprediksi merger dengan lubang hitam supermasif.

Ini adalah studi yang sangat penting karena memberi kami bukti nyata pertama tentang apa yang akan dicari oleh eLISA, yang selanjutnya memotivasi kami untuk mencari acara yang, seperti yang sudah kita ketahui, mungkin ada. Tidak seperti lubang hitam LIGO, selama proses pemulihan hubungan ini kita akan menghadapi cacat berminggu-minggu, berbulan-bulan atau bahkan bertahun-tahun, yang akan memungkinkan kita untuk mengetahui dengan jelas kapan dan pada titik apa perlu melihat untuk melihat merger. Ini adalah konfirmasi pertama dari teori tentang keberadaan puluhan ribu lubang hitam di sekitar lubang hitam supermasif di pusat-pusat galaksi, dan memungkinkan kita untuk memprediksi dengan lebih baik berapa banyak peristiwa terkait yang menyebabkan gelombang gravitasi yang dapat kita daftarkan.

Semua informasi yang kita butuhkan tentang ini ada di pusat galaksi, termasuk galaksi kita. Untuk pertama kalinya, kita dapat yakin bahwa lubang hitam bukanlah kelangkaan kosmik, mereka ada dalam jumlah besar di setiap galaksi di seluruh alam semesta.