Lubang hitam supermasif dan pancarannya, semuanya dalam satu gambar

Pada Mei 2022, tim Event Horizon Telescope (EHT) merilis citra radio pertama dari pusat lubang hitam M87. Itu adalah penemuan luar biasa berdasarkan pengamatan yang dilakukan dengan berbagai teleskop radio di seluruh dunia. Baru-baru ini, mereka merilis ulang gambar “cincin cahaya” lubang hitam yang lebih baru dan lebih tajam.

Sekarang, tim astronom dari Eropa, Korea, dan China telah melangkah lebih jauh. Minggu ini, mereka memotret pemandangan luar biasa lainnya dari binatang buas ini, kali ini, dalam rentang emisi radio yang sedikit berbeda. Ini dengan jelas menunjukkan hubungan antara lubang hitam supermasif, cincin cahayanya, dan jet berkecepatan tinggi yang terkenal.

Gambar terakhir ini diambil menggunakan beragam teleskop radio. Ini terdiri dari Global Baseline Very Large Array (GMVA), Atacama Large Millimeter Array (ALMA), dan Greenland Telescope (GLT). Pengamatan gabungan mereka menunjukkan detail yang sangat kecil di wilayah sekitar inti galaksi. Ini adalah pertama kalinya tiga bagian utama dari suatu objek berada dalam gambar yang sama.

Pengamatan yang diambil pada tahun 2018 menunjukkan area dalam cahaya radio yang dipancarkan pada panjang gelombang yang lebih panjang daripada gambar EHT. Diameternya 3,5 mm, bukan 1,3 mm. “Pada panjang gelombang ini, kita dapat melihat bagaimana jet keluar dari cincin emisi di sekitar pusat lubang hitam supermasif,” kata Thomas Kirchbaum dari Max Planck Institute for Radio Astronomy. Materi yang mengalir dari M87 adalah jet astrofisika. Ini mengandung zat yang sangat panas (terionisasi) yang mengalir dengan kecepatan tinggi di sepanjang sumbu rotasi.

Dapatkan gambaran besar tentang lubang hitam

Untuk memahami struktur pada gambar terbaru, kita perlu mengetahui lebih banyak tentangnya. Kita tahu bahwa lubang hitam supermasif di inti galaksi adalah sumur gravitasi yang sangat kuat. Tidak ada yang bisa lolos karena mereka menyerap hampir semua yang ada di lingkungan sekitar. Pembentukan monster ini masih belum dipahami dengan baik. Tapi kita bisa mengamati apa yang mereka lakukan di lingkungan mereka.

Dalam kasus M87, ada piringan akresi yang menyalurkan materi ke dalam lubang hitam. Di sisi lain, jet membantu beberapa material untuk keluar. Memahami bagaimana jet raksasa itu tercipta telah menjadi masalah lama dalam astronomi. Kemungkinan hasil dari beberapa jenis aktivitas di dalam piringan akresi di sekitarnya.

Formasi jet juga cenderung mencakup medan magnet yang terjerat. Namun, para astronom masih belum jelas tentang semua detailnya. “Kami tahu jet ditembakkan dari wilayah sekitar lubang hitam, tapi kami masih belum sepenuhnya memahami bagaimana ini sebenarnya terjadi,” kata Ru-Sen Lu dari Observatorium Astronomi Shanghai di China. “Untuk mempelajari ini secara langsung, kita perlu mengamati asal jet sedekat mungkin dengan lubang hitam.”

Gambar baru juga menunjukkan bagaimana dasar jet terhubung ke piringan materi yang berputar di sekitar lubang hitam. Pengamatan sebelumnya telah menunjukkan pandangan terpisah dari disk ini dan pesawat. Jadi, ini adalah pertama kalinya kedua sifat tersebut diamati secara bersamaan. “Gambar baru ini melengkapi gambar dengan menunjukkan wilayah di sekitar lubang hitam dan jet pada saat yang sama,” kata anggota tim Jae-Yong Kim dari Universitas Nasional Kyungbuk di Korea Selatan dan Institut Astronomi Radio Max Planck di Jerman.

cincin terdengar

Cincin cahaya yang mengelilingi lubang hitam supermasif M87 adalah bagian menarik lainnya dari penelitian ini. Ini sebenarnya adalah semacam ilusi optik. Saat materi berputar, ia dipanaskan oleh gesekan dengan materi lain, dan interaksi dengan medan magnet. Ini menyebabkan cahaya dipancarkan. Pengaruh gravitasi lubang hitam yang kuat membelok dan menangkap sebagian cahaya. Ini menciptakan apa yang tampak seperti cincin. Kita bisa melihatnya di gambar EHT lubang hitam M87.

Pengamatan baru untuk episode tersebut dibuat pada tahun 2018 dan sekarang dirilis bersama dengan makalah (di bawah) yang membahas sains. Ukuran cincin yang diamati oleh jaringan GMVA kira-kira 50% lebih besar dibandingkan dengan citra EHT. “Untuk memahami asal fisik cincin yang lebih besar dan lebih tebal, kami harus menggunakan simulasi komputer untuk menguji berbagai skenario,” jelas Keiichi Asada dari Academia Sinica di Taiwan. Hasilnya menunjukkan bahwa gambar baru mengungkapkan lebih banyak materi yang jatuh ke lubang hitam daripada yang bisa diamati dengan EHT.

Pengamatan lebih lanjut terhadap lubang hitam M87 direncanakan

Pengamatan baru jet dan lubang hitamnya ini adalah tampilan generasi pertama sistem. Studi selanjutnya akan dilanjutkan dengan jaringan teleskop radio yang saling berhubungan bersama. Mereka akan terus menyelidiki hubungan antara lubang hitam dan jet mereka. “Kami berencana untuk mengamati wilayah di sekitar lubang hitam di pusat M87 pada panjang gelombang radio yang berbeda untuk mempelajari emisi jet lebih lanjut,” kata Eduardo Ross dari Max Planck Institute for Radio Astronomy.

Pengamatan simultan menggunakan matriks ini dan EHT akan memungkinkan tim untuk menguraikan semua tindakan kompleks yang terjadi di dekat lubang hitam supermasif. Mereka akan tertarik tidak hanya pada pesawat, tetapi juga pada fisika dan aktivitas piringan akresi saat jet meledak. “Tahun-tahun mendatang akan menarik, karena kita akan dapat belajar lebih banyak tentang apa yang terjadi di dekat salah satu wilayah paling misterius di alam semesta,” kata Ross.