Jet M87 yang mendahului mengungkap putaran cepat lubang hitam – Dunia Fisika

Jet M87 yang mendahului mengungkap putaran cepat lubang hitam – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 6 Oktober 2023 9:00

Kesan seniman terhadap lubang hitam di pusat M87
Model piringan akresi miring Kesan seniman terhadap lubang hitam di pusat M87, menunjukkan bagaimana piringan akresi dan jet tidak sejajar dengan sumbu rotasi lubang hitam. (Sumber: Yuzhu Cui et al. (2023), Lab Tak Tersentuh@Openverse dan Lab Zhejiang)

Jet relativistik yang memancar dari lubang hitam di jantung galaksi Messier 87 (M87) bergetar saat terseret oleh lubang hitam yang berputar, demikian temuan pengamatan radio baru. Ini adalah bukti langsung pertama bahwa jet kuat dari galaksi aktif didorong oleh lubang hitam yang berputar dengan cepat, bukan lambat.

M87 adalah galaksi elips raksasa yang ditemukan di jantung gugus galaksi Virgo, berjarak 55 juta tahun cahaya. Tempat ini terkenal sebagai rumah bagi lubang hitam supermasif pertama yang memiliki “bayangan” sendiri. dicitrakan oleh Event Horizon Telescope, pada tahun 2019. M87 juga menghasilkan pancaran partikel bermuatan kuat yang membentang setidaknya 5000 tahun cahaya dari lubang hitam. Jet ini sangat besar dan terang bahkan terlihat dalam gambar yang diambil oleh astronom amatir dengan peralatan taman.

Meskipun M87 adalah galaksi pertama yang ditemukan menampung jet relativistik lebih dari satu abad yang lalu, ribuan galaksi dan quasar kini diketahui memiliki jet. Materi dalam pancaran tersebut dikeruk oleh medan magnet dari piringan akresi materi yang berputar di sekitar lubang hitam. Teori mengemukakan bahwa energi jet diekstraksi dari energi rotasi lubang hitam.

Kini, tim astronom internasional – dipimpin oleh Yuzhu Cui dari Laboratorium Zhejiang di Hangzhou, Tiongkok, dan Kazuhiro Hada dari Universitas Pascasarjana Jepang untuk Studi Lanjutan dan Observatorium Astronomi Nasional Jepang – telah melakukan pengamatan pertama yang secara langsung mendukung teori ini, dan mempublikasikan hasilnya di Alam.

“Salah satu implikasi terpenting dari penelitian ini adalah bahwa lubang hitam yang berputar sangat penting untuk menghasilkan jet relativistik yang kuat seperti yang terlihat di M87 dan galaksi radio atau quasar lainnya,” kata Hada. Dunia Fisika.

“Jika hasilnya terkonfirmasi, ini akan menjadi lompatan besar dalam pemahaman kita tentang jet,” tambahnya Yannis Liodakis dari Universitas Turku di Finlandia, yang tidak terlibat dalam penelitian ini. Pada tahun 2022 Liodakis adalah penulis utama a kertas masuk Alam yang menemukan guncangan dan turbulensi pada jet M87.

Berputar atas

Menggabungkan pengamatan astronomi radio selama 17 tahun dari Jaringan VLBI Asia Timur (EAVN), itu Array Dasar yang Sangat Panjang (VLBA), susunan gabungan KVN dan VERA (KaVA) Dan Jaringan VLBI Asia Timur hingga Italia Hampir Global (ETING)., yang totalnya berjumlah lebih dari 20 teleskop radio, Hada dan tim menemukan bahwa jet M87 sedang melakukan presesi.

Bayangkan sebuah gasing yang berputar, dan bagaimana sumbu rotasinya tampak berputar-putar. Jet di M87 tegak lurus terhadap piringan akresi, namun baik jet maupun piringan tidak sejajar terhadap sumbu rotasi lubang hitam. Saat lubang hitam berputar, ia menyeret ruang-waktu – sebuah efek yang dikenal sebagai “frame-dragging”. Saat ia melakukannya, ia menarik piringan akresi, menyebabkan arah titik pancaran di luar sumbu mengalami presesi, atau goyangan, sekitar 10 derajat dengan jangka waktu sekitar 11 tahun.

Pada tahun 1973, fisikawan John Wheeler dengan terkenal mengemukakan teorema tanpa rambut – bahwa lubang hitam dapat sepenuhnya dikarakterisasi hanya dengan tiga parameter: massanya, muatan listriknya, dan momentum sudutnya (“rambut” adalah metafora untuk segala hal lainnya – semua informasi lainnya memasuki lubang hitam dan menjadi tidak dapat diakses). Massa lubang hitam supermasif M87 adalah sekitar 6.5 miliar kali massa Matahari kita, dan muatan listriknya dianggap dapat diabaikan. Namun, meskipun ada pengukuran presesi jet saat ditarik oleh lubang hitam yang berputar, kecepatan putaran tersebut masih belum dapat ditentukan.

Kecepatan putaran lubang hitam

Namun, ada yang berasumsi bahwa lubang hitam yang memiliki pancaran kuat akan berputar dengan cepat, sementara lubang hitam yang tidak memiliki pancaran akan cenderung berputar lebih lambat.

“Periode presesi jet bergantung pada putaran lubang hitam dan ukuran piringan akresi,” kata Hada. Sayangnya, ukuran cakram M87 tidak diketahui secara pasti. Dalam pemodelan teoritis mereka, tim mengasumsikan 40 rotasi per tahun, tapi itu hanyalah salah satu solusi yang mungkin – nilai putaran yang berbeda dengan ukuran cakram yang berbeda juga dapat menjelaskan tingkat presesi.

“Namun demikian, kemungkinan besar skala waktu rotasi lubang hitam jauh lebih pendek dibandingkan dengan presesi jet dan piringan,” kata Hada. “Mengukur nilai putaran ini adalah langkah kami selanjutnya. Mudah-mudahan hal ini dapat terwujud dengan menggabungkan pemantauan jet kami dan film lubang hitam dari Event Horizon Telescope.”

Liodakis menunjukkan betapa pentingnya mengetahui bahwa lubang hitam yang berputar cepat menggerakkan jet, karena akan membantu para astronom dalam membatasi ukuran piringan akresi di pusat galaksi seperti M87, dan komposisi jet tersebut.

“Ini bukanlah hasil yang tidak terduga,” kata Liodakis. “Tetapi tentu sangat menyenangkan mendapatkan konfirmasi langsung.”

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika