Temukan sekelompok lubang hitam besar yang terkubur: pencarian

Bukit Kapel: Sebuah tim yang dipimpin oleh para peneliti di University of North Carolina di Chapel Hill telah menemukan harta karun yang sebelumnya diabaikan berupa lubang hitam besar di galaksi kerdil.

Lubang hitam yang baru ditemukan menawarkan sekilas kisah hidup lubang hitam supermasif di pusat Bima Sakti kita.

Studi ini diterbitkan dalam The Astrophysical Journal.

Sebagai galaksi spiral raksasa, Bima Sakti diyakini terbentuk dari penggabungan banyak galaksi kerdil yang lebih kecil. Misalnya, Awan Magellan yang terlihat di langit selatan adalah galaksi kerdil yang akan bergabung menjadi Bima Sakti. Setiap kurcaci yang jatuh dapat membawa serta lubang hitam supermasif pusat, puluhan atau ratusan ribu kali massa matahari kita, yang berpotensi ditelan oleh lubang hitam pusat supermasif Bima Sakti.

Tetapi seberapa sering galaksi kerdil mengandung lubang hitam supermasif tidak diketahui, meninggalkan celah besar dalam pemahaman kita tentang bagaimana lubang hitam dan galaksi tumbuh bersama.

“Hasil ini mengejutkan saya karena lubang hitam ini sebelumnya bersembunyi di depan mata,” kata Mujda Polymera, penulis utama studi dan mahasiswa doktoral di University of North Carolina di Chapel Hill.

Kirim pesan campuran

Lubang hitam biasanya ditemukan ketika mereka tumbuh aktif dengan memakan gas dan debu bintang yang berputar di sekitarnya, menyebabkannya bersinar dengan intens.

Profesor Sheila Kanaban, penasihat doktoral di Polimera dan rekan penulis studi ini, di UNC-Chapel Hill membandingkan lubang hitam dan kunang-kunang.

Dia menambahkan: “Sama seperti kunang-kunang, kita hanya melihat lubang hitam ketika mereka menyala – saat mereka tumbuh – dan lubang yang menyala memberi kita bukti berapa banyak yang tidak bisa kita lihat.”

Masalahnya adalah ketika lubang hitam yang tumbuh bersinar dengan radiasi energi tinggi yang berbeda, bintang yang baru lahir juga dapat melakukannya. Secara tradisional, para astronom telah membedakan lubang hitam yang tumbuh dari pembentukan bintang baru menggunakan tes diagnostik yang mengandalkan fitur rinci dari cahaya tampak setiap galaksi saat menyebar dalam spektrum seperti pelangi.

Jalan menuju penemuan dimulai ketika mahasiswa sarjana yang bekerja dengan Kanaban mencoba menerapkan tes tradisional ini ke data survei galaksi. Tim menyadari bahwa beberapa galaksi mengirim pesan campuran – dua tes menunjukkan adanya lubang hitam yang tumbuh, dan tes ketiga hanya menunjukkan pembentukan bintang.

“Pekerjaan sebelumnya baru saja menolak kasus misterius seperti ini dari analisis statistik, tapi saya punya firasat bahwa itu mungkin lubang hitam yang tidak terdeteksi di galaksi kerdil,” kata Kanaban. Saya menduga bahwa tes ketiga, yang terkadang kontradiktif, lebih sensitif daripada dua tes lainnya untuk sifat-sifat khas kurcaci: komposisi unsurnya yang sederhana (terutama hidrogen dan helium dari Big Bang) dan laju pembentukan bintang baru yang tinggi.

Rekan penulis studi Chris Richardson, profesor di Universitas Elon, mengkonfirmasi melalui simulasi teoretis bahwa hasil tes pesan campuran cocok persis dengan apa yang dapat diprediksi oleh teori untuk galaksi kerdil primordial yang sangat terbentuk dari bintang-bintang yang mengandung lubang hitam yang semakin masif. “Fakta bahwa simulasi saya sejalan dengan apa yang ditemukan oleh kelompok Kanaban membuat saya bersemangat untuk mengeksplorasi implikasi bagaimana galaksi berevolusi,” kata Richardson.

Hitungan lubang hitam yang tumbuh

Polimer telah mengambil tantangan untuk membangun populasi baru lubang hitam yang tumbuh, dengan memperhatikan jenis pesan tradisional dan campuran. Ini memperoleh pengukuran diterbitkan dari sifat spektroskopi cahaya tampak untuk menguji lubang hitam di ribuan galaksi dalam dua survei yang dipimpin oleh Kannappan, RESOLVE dan ECO. Survei ini mencakup data ultraviolet dan radio yang ideal untuk mempelajari pembentukan bintang, dan mereka memiliki desain yang tidak biasa: Sementara sebagian besar survei astronomi memilih sampel yang mendukung galaksi besar dan terang, RESOLVE dan ECO adalah kumpulan lengkap volume besar dari alam semesta saat ini di mana galaksi kerdil berlimpah.

“Penting bagi saya untuk tidak membiaskan pencarian lubang hitam kami ke galaksi kerdil,” kata Polymera.

“Tetapi melihat seluruh populasi, saya menemukan bahwa jenis baru lubang hitam yang tumbuh selalu muncul pada kurcaci. Saya terkejut dengan jumlahnya saat pertama kali melihatnya.”

Lebih dari 80 persen dari semua lubang hitam yang sedang berkembang yang saya temukan di galaksi kerdil adalah jenis baru.

Hasilnya terlihat sangat bagus. “Kami semua gugup,” kata Polymera.

“Pertanyaan pertama yang muncul di benak saya adalah, apakah kita melewatkan cara pembentukan bintang ekstrem saja yang bisa menjelaskan galaksi-galaksi ini?” Dia memimpin pencarian lengkap untuk penjelasan alternatif yang melibatkan pembentukan bintang, pemodelan ketidakpastian, atau astrofisika eksotis. Pada akhirnya, tim harus menyimpulkan bahwa lubang hitam yang baru diidentifikasi itu nyata.

“Kami masih berjuang dengan diri kami sendiri,” kata Kanaban.

“Kami senang memiliki lebih dari satu juta ide tindak lanjut. Lubang hitam yang kami temukan adalah blok bangunan lubang hitam supermasif seperti yang ada di galaksi Bima Sakti kita. Ada banyak hal yang ingin kami pelajari tentang mereka,” tambah Kanaban. .