Kilatan Terang Misterius Semburan Lubang Hitam mengarah Langsung ke Bumi

Awal tahun ini, para astronom mengawasi data dari Zwicky Transient Facility, survei semua langit yang berbasis di Observatorium Palomar di California, ketika mereka mendeteksi kilatan luar biasa di bagian langit di mana tidak ada cahaya seperti itu yang diamati pada malam hari. sebelum. Dari perhitungan kasar, kilatan itu tampak memancarkan cahaya lebih dari 1.000 triliun matahari.

Tim yang dipimpin oleh para peneliti di NASA, Caltech, dan di tempat lain, memposting penemuan mereka ke buletin astronomi, di mana sinyal tersebut menarik perhatian para astronom di seluruh dunia, termasuk para ilmuwan di MIT. Selama beberapa hari berikutnya, beberapa teleskop berfokus pada sinyal untuk mengumpulkan lebih banyak data di berbagai panjang gelombang dalam pita sinar-X, ultraviolet, optik, dan radio, untuk melihat apa yang mungkin menghasilkan cahaya dalam jumlah yang sangat besar.

Sekarang, para astronom MIT bersama dengan kolaborator mereka telah menentukan kemungkinan sumber sinyal tersebut. Dalam sebuah penelitian yang muncul di Nature Astronomy, para ilmuwan melaporkan bahwa sinyal, bernama AT 2022cmc, kemungkinan besar berasal dari semburan materi relativistik yang keluar dari lubang hitam supermasif dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Mereka percaya jet tersebut adalah produk dari lubang hitam yang tiba-tiba mulai melahap bintang terdekat, melepaskan sejumlah besar energi dalam proses tersebut.

Para astronom telah mengamati "peristiwa gangguan pasang surut" lainnya, atau TDE, di mana bintang yang lewat terkoyak oleh gaya pasang surut lubang hitam. DI 2022cmc lebih terang daripada TDE mana pun yang ditemukan hingga saat ini. Sumbernya juga merupakan TDE terjauh yang pernah terdeteksi, sekitar 8,5 miliar tahun cahaya—lebih dari separuh alam semesta.

Bagaimana peristiwa yang begitu jauh bisa tampak begitu terang di langit kita? Tim mengatakan pancaran lubang hitam mungkin mengarah langsung ke Bumi, membuat sinyal tampak lebih terang daripada jika pancaran mengarah ke arah lain. Efeknya adalah "doppler boosting" dan mirip dengan suara ampli sirene yang lewat.

AT 2022cmc adalah TDE yang dikuatkan Doppler keempat yang pernah terdeteksi dan peristiwa serupa pertama yang diamati sejak 2011. Ini juga merupakan TDE pertama yang ditemukan menggunakan survei langit optik.

Saat teleskop yang lebih kuat dimulai di tahun-tahun mendatang, mereka akan mengungkapkan lebih banyak TDE, yang dapat menjelaskan bagaimana lubang hitam supermasif tumbuh dan membentuk galaksi di sekitarnya

"Kami tahu ada satu lubang hitam supermasif per galaksi, dan mereka terbentuk sangat cepat dalam satu juta tahun pertama alam semesta," kata rekan penulis Matteo Lucchini, postdoc di MIT's Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. "Itu memberi tahu kami bahwa mereka makan dengan sangat cepat, meskipun kami tidak tahu bagaimana proses pemberian makan itu bekerja. Jadi, sumber seperti TDE sebenarnya bisa menjadi penyelidikan yang sangat bagus tentang bagaimana proses itu terjadi."

Rekan penulis MIT Lucchini termasuk penulis pertama Dheeraj "DJ" Pasham, Peter Kosec, Erin Kara, dan Ronald Remillard, bersama dengan kolaborator di universitas dan institusi di seluruh dunia.

Kegilaan lahapann lubang hitam

Menyusul penemuan awal AT 2022cmc, Pasham dan Lucchini fokus pada sinyal menggunakan bintang Neutron Interior Composition Explorer (NICER), sebuah teleskop sinar-X yang beroperasi di Stasiun Luar Angkasa Internasional.

"Segalanya tampak normal dalam tiga hari pertama," kenang Pasham. "Kemudian kami melihatnya dengan teleskop sinar-X, dan yang kami temukan adalah, sumbernya terlalu terang."

Biasanya, kilatan terang seperti itu di langit adalah semburan sinar gamma—semburan sinar X yang ekstrem yang dimuntahkan dari keruntuhan bintang masif.

"Peristiwa khusus ini 100 kali lebih kuat daripada ledakan sinar gamma yang paling kuat," kata Pasham. "Itu adalah sesuatu yang luar biasa."

Tim kemudian mengumpulkan pengamatan dari teleskop sinar-X, radio, optik, dan UV lainnya dan melacak aktivitas sinyal selama beberapa minggu ke depan. Properti paling luar biasa yang mereka amati adalah luminositas ekstrim sinyal di pita sinar-X. Mereka menemukan bahwa emisi sinar-X dari AT 2022cmc berayun secara luas dengan faktor 500 selama beberapa minggu,

Mereka menduga bahwa aktivitas sinar-X yang ekstrem seperti itu pasti ditenagai oleh "episode akresi ekstrem"—suatu peristiwa yang menghasilkan cakram berputar yang sangat besar, seperti dari peristiwa gangguan pasang surut, di mana bintang yang tercabik-cabik menciptakan pusaran puing saat jatuh. ke dalam lubang hitam.

Memang, tim menemukan bahwa luminositas sinar-X AT 2022cmc sebanding dengan, meski lebih terang dari, tiga TDE yang terdeteksi sebelumnya. Peristiwa cerah ini terjadi untuk menghasilkan semburan materi yang mengarah langsung ke Bumi. Para peneliti bertanya-tanya: Jika luminositas AT 2022cmc adalah hasil dari jet penargetan Bumi yang serupa, seberapa cepat jet harus bergerak untuk menghasilkan sinyal seterang itu? Untuk menjawab ini, Lucchini memodelkan data sinyal, dengan asumsi peristiwa tersebut melibatkan sebuah jet yang langsung menuju Bumi.

"Kami menemukan bahwa kecepatan jet adalah 99,99% kecepatan cahaya," kata Lucchini.

Untuk menghasilkan semburan yang begitu kuat, lubang hitam harus berada dalam fase yang sangat aktif — yang digambarkan Pasham sebagai "hiper-makan yang gila-gilaan".

"Itu mungkin menelan bintang dengan kecepatan setengah massa matahari per tahun," perkiraan Pasham. "Banyak gangguan pasang surut ini terjadi sejak awal, dan kami dapat menangkap peristiwa ini sejak awal, dalam waktu satu minggu sejak lubang hitam mulai memakan bintang."

"Kami mengharapkan lebih banyak lagi TDE ini di masa mendatang," tambah Lucchini. "Kemudian kita mungkin bisa mengatakan, akhirnya, bagaimana tepatnya lubang hitam meluncurkan jet yang sangat kuat ini."