Lebih dari 5.000 Lubang Hitam Diteliti untuk Cari Tahu Mengapa Mereka Berkelap-kelip

Lubang hitam adalah hal yang aneh, bahkan menurut standar para astronom. Massa mereka begitu besar sehingga membengkokkan ruang di sekelilingnya begitu erat sehingga tidak ada yang bisa lolos, bahkan cahaya itu sendiri.

Namun, terlepas dari kehitamannya yang terkenal, beberapa lubang hitam cukup terlihat. Gas dan bintang yang ditelan oleh ruang hampa galaksi ini tersedot ke dalam cakram bercahaya sebelum perjalanan satu arahnya ke dalam lubang, dan cakram ini dapat bersinar lebih terang daripada seluruh galaksi.

Lebih aneh lagi, lubang hitam ini berkelap-kelip. Kecerahan cakram bercahaya dapat berfluktuasi dari hari ke hari, dan tidak ada yang tahu pasti mengapa.

Kami mendukung upaya pertahanan asteroid NASA untuk mengamati lebih dari 5.000 lubang hitam yang tumbuh paling cepat di langit selama lima tahun dalam upaya untuk memahami mengapa kelap-kelip ini terjadi.

Dalam makalah baru di Astronomi Alam , kami melaporkan jawaban kami: semacam turbulensi yang didorong oleh gesekan dan medan magnet dan gravitasi yang kuat.

Pemakan bintang raksasa

Kami mempelajari lubang hitam supermasif, jenis yang berada di pusat galaksi dan sebesar jutaan atau milyaran Matahari.

Galaksi kita sendiri, Bima Sakti, memiliki salah satu raksasa ini di pusatnya, dengan massa sekitar empat juta Matahari. Sebagian besar, sekitar 200 miliar bintang yang membentuk sisa galaksi (termasuk Matahari kita) dengan senang hati mengorbit di sekitar lubang hitam di pusatnya.

Namun, hal-hal tidak begitu damai di semua galaksi. Ketika pasangan galaksi menarik satu sama lain melalui gravitasi, banyak bintang mungkin akan tertarik terlalu dekat dengan lubang hitam galaksi mereka. Ini berakhir buruk bagi bintang-bintang: Mereka tercabik-cabik dan dimakan.

Kami yakin ini pasti terjadi di galaksi dengan lubang hitam yang beratnya mencapai satu miliar Matahari, karena kami tidak dapat membayangkan bagaimana lagi mereka bisa tumbuh begitu besar. Mungkin juga pernah terjadi di Bima Sakti di masa lalu.

Lubang hitam juga bisa makan dengan cara yang lebih lambat dan lebih lembut: dengan menghisap awan gas yang dihembuskan oleh bintang geriatrik yang dikenal sebagai raksasa merah.

Waktunya memberi makan

Dalam studi baru kami, kami melihat dari dekat proses makan di antara 5.000 lubang hitam yang tumbuh paling cepat di alam semesta.

Dalam penelitian sebelumnya, kami menemukan lubang hitam dengan nafsu makan paling rakus. Tahun lalu, kami menemukan lubang hitam yang memakan materi senilai Bumi setiap detiknya . Pada tahun 2018, kami menemukan satu matahari yang memakan seluruh Matahari setiap 48 jam.

Tapi kami memiliki banyak pertanyaan tentang perilaku makan mereka yang sebenarnya. Kita tahu materi dalam perjalanannya ke lubang spiral menjadi "piringan akresi" bercahaya yang bisa cukup terang untuk mengungguli seluruh galaksi. Lubang hitam yang tampak memberi makan ini disebut quasar.

Sebagian besar lubang hitam ini sangat jauh – terlalu jauh bagi kita untuk melihat detail disk. Kami memiliki beberapa gambar piringan akresi di sekitar lubang hitam terdekat, tetapi mereka hanya menghirup gas kosmik daripada berpesta bintang.

Lima tahun lubang hitam berkedip-kedip

Dalam pekerjaan baru kami, kami menggunakan data dari teleskop ATLAS NASA di Hawaii. Itu memindai seluruh langit setiap malam (jika cuaca memungkinkan), memantau asteroid yang mendekati Bumi dari kegelapan luar.

Pemindaian seluruh langit ini juga memberikan catatan malam tentang cahaya lubang hitam lapar, jauh di latar belakang. Tim kami menyusun film lima tahun dari masing-masing lubang hitam tersebut, menunjukkan perubahan kecerahan sehari-hari yang disebabkan oleh pusaran cakram akresi yang menggelegak dan mendidih.

Kelap-kelip lubang hitam ini dapat memberi tahu kita sesuatu tentang cakram akresi.

Pada tahun 1998, astrofisikawan Steven Balbus dan John Hawley mengusulkan teori " ketidakstabilan magneto-rotasi " yang menjelaskan bagaimana medan magnet dapat menyebabkan turbulensi pada cakram. Jika itu ide yang tepat, maka cakram akan mendesis dalam pola yang teratur.

Mereka akan berkelap-kelip dalam pola acak yang terungkap saat cakram mengorbit. Cakram yang lebih besar mengorbit lebih lambat dengan kelap-kelip lambat, sedangkan cakram yang lebih rapat dan lebih cepat mengorbit pada cakram yang lebih kecil berkelap-kelip lebih cepat.

Tapi apakah cakram di dunia nyata terbukti sesederhana ini, tanpa kerumitan lebih lanjut? (Apakah "sederhana" adalah kata yang tepat untuk turbulensi di lingkungan yang sangat padat dan di luar kendali yang tertanam dalam medan gravitasi dan magnet yang intens di mana ruang itu sendiri ditekuk hingga titik puncaknya mungkin merupakan pertanyaan terpisah.)

Dengan menggunakan metode statistik, kami mengukur seberapa banyak cahaya yang dipancarkan dari 5.000 cakram kami berkedip seiring waktu. Pola kedipan di masing-masing tampak agak berbeda.

Tapi saat kami mengurutkannya berdasarkan ukuran, kecerahan, dan warna, kami mulai melihat pola yang menarik. Kami dapat menentukan kecepatan orbit setiap cakram – dan begitu Anda menyetel jam agar berjalan pada kecepatan cakram, semua pola kedipan mulai terlihat sama.

Perilaku universal ini memang diprediksi oleh teori "ketidakstabilan magneto-rotasi".

Itu menghibur! Itu berarti pusaran yang membingungkan ini "sederhana".

Dan itu membuka kemungkinan baru. Kami pikir perbedaan halus yang tersisa antara cakram akresi terjadi karena kami melihatnya dari orientasi yang berbeda.

Langkah selanjutnya adalah memeriksa perbedaan-perbedaan halus ini lebih dekat dan melihat apakah perbedaan-perbedaan itu memegang petunjuk untuk membedakan orientasi lubang hitam. Akhirnya, pengukuran lubang hitam kita di masa depan bisa menjadi lebih akurat.

Penelitian dari Christian Wolf, Associate Professor, Astronomy & Astrophysics, Australian National University.