Penemuan itu, satu-satunya lubang hitam bermassa menengah yang dikonfirmasi, tinggal di objek yang sama langkanya yang dikenal sebagai inti bermassa rendah.

Para astronom menemukan lubang hitam tidak seperti yang lain. Pada seratus ribu massa matahari, itu lebih kecil dari lubang hitam yang kami temukan di pusat galaksi, tetapi lebih besar dari lubang hitam yang lahir ketika bintang meledak. Ini menjadikannya satu-satunya lubang hitam bermassa menengah yang dikonfirmasi, sebuah objek yang telah lama dicari oleh para astronom.

“Kami memiliki deteksi yang sangat baik dari lubang hitam bermassa bintang terbesar hingga 100 kali ukuran matahari kita, dan lubang hitam supermasif di pusat galaksi yang jutaan kali ukuran matahari kita, tetapi tidak ada setiap pengukuran hitam di antara ini. Itu kesenjangan yang besar,” kata penulis senior Anil Seth, profesor astronomi di University of Utah dan rekan penulis studi tersebut. “Penemuan ini mengisi kesenjangan.”

Galaksi Andromeda, atau M31, adalah tetangga galaksi terbesar Bima Sakti kita. Kredit: NASA/JPL-Caltech

Lubang hitam itu tersembunyi di dalam B023-G078, sebuah gugus bintang yang sangat besar di galaksi terdekat kita, Andromeda. Lama dianggap sebagai gugus bintang globular, para peneliti berpendapat bahwa B023-G078 bukan inti yang dilucuti. Inti terlucuti adalah sisa-sisa galaksi kecil yang jatuh ke galaksi yang lebih besar dan bintang terluarnya dilucuti oleh gaya gravitasi. Yang tertinggal adalah inti kecil dan padat yang mengorbit galaksi yang lebih besar dan di pusat inti itu, sebuah lubang hitam.

“Sebelumnya, kami telah menemukan lubang hitam besar di dalam inti masif yang terkelupas yang jauh lebih besar dari B023-G078. Kami tahu bahwa pasti ada lubang hitam yang lebih kecil di nukleus bermassa lebih rendah, tetapi tidak pernah ada bukti langsung,” kata penulis utama Renuka Pechetti dari Liverpool John Moores University, yang memulai penelitian saat di AS. kasus yang jelas bahwa kami akhirnya menemukan salah satu dari benda-benda ini.”

Itu belajar adalah diterbitkan pada 11 Januari 2022, di Jurnal Astrofisika.

Panel kiri menunjukkan gambar bidang lebar M31 dengan kotak merah dan sisipan yang menunjukkan lokasi dan gambar B023-G78 tempat lubang hitam ditemukan. Kredit: Ivan der, https://www.astroeder.com/; HST ACS/HRC

Firasat selama satu dekade

B023-G078 dikenal sebagai gugus bintang globular masif—kumpulan bintang berbentuk bola yang terikat erat oleh gravitasi. Namun, hanya ada satu pengamatan terhadap objek yang menentukan massa keseluruhannya, sekitar 6,2 juta massa matahari. Selama bertahun-tahun, Seth merasa itu adalah sesuatu yang lain.

“Saya tahu bahwa objek B023-G078 adalah salah satu objek paling masif di Andromeda dan saya pikir itu bisa menjadi kandidat inti yang dilucuti. Tapi kami membutuhkan data untuk membuktikannya. Kami telah menerapkan berbagai teleskop untuk mendapatkan lebih banyak pengamatan selama bertahun-tahun dan proposal saya selalu gagal,” kata Seth. “Ketika kami menemukan lubang hitam supermasif di dalam inti yang dilucuti pada tahun 2014, Observatorium Gemini memberi kami kesempatan untuk mengeksplorasi ide tersebut.”

Dengan data pengamatan baru mereka dari Observatorium Gemini dan gambar dari Teleskop Luar Angkasa Hubble, Pechetti, Seth dan tim mereka menghitung bagaimana massa didistribusikan di dalam objek dengan memodelkan profil cahayanya. Gugus bola memiliki profil cahaya khas yang memiliki bentuk yang sama di dekat pusat seperti halnya di wilayah luar. B023-G078 berbeda. Cahaya di tengah berbentuk bulat dan kemudian menjadi lebih datar bergerak ke luar. Susunan kimiawi bintang-bintang juga berubah, dengan lebih banyak unsur berat di bintang-bintang di pusat daripada di dekat tepi objek.

“Gugus bintang global pada dasarnya terbentuk pada waktu yang sama. Sebaliknya, inti yang terkelupas ini dapat memiliki episode pembentukan berulang, di mana gas jatuh ke pusat galaksi, dan membentuk bintang. Dan gugus bintang lainnya dapat terseret ke pusat oleh gaya gravitasi galaksi,” kata Seth. “Ini semacam tempat pembuangan untuk banyak barang yang berbeda. Jadi, bintang-bintang di inti yang dilucuti akan lebih rumit daripada di gugus bola. Dan itulah yang kami lihat di B023-G078.”

Para peneliti menggunakan distribusi massa objek untuk memprediksi seberapa cepat bintang-bintang harus bergerak di lokasi tertentu di dalam cluster dan membandingkannya dengan data mereka. Bintang-bintang dengan kecepatan tertinggi mengorbit di sekitar pusat. Ketika mereka membangun sebuah model tanpa menyertakan lubang hitam, bintang-bintang di pusatnya terlalu lambat dibandingkan dengan pengamatan mereka. Ketika mereka menambahkan lubang hitam, mereka mendapatkan kecepatan yang sesuai dengan data. Lubang hitam menambah bukti bahwa objek ini adalah inti yang dilucuti.

“Kecepatan bintang yang kita dapatkan memberi kita bukti langsung bahwa ada semacam massa gelap tepat di pusatnya,” kata Pechetti. “Sangat sulit bagi gugus bola untuk membentuk lubang hitam besar. Tapi jika berada dalam inti yang terkelupas, maka pasti sudah ada lubang hitam yang ada, yang tersisa sebagai sisa dari galaksi yang lebih kecil yang jatuh ke galaksi yang lebih besar.”

Para peneliti berharap untuk mengamati lebih banyak inti yang dilucuti yang mungkin menampung lebih banyak lubang hitam massa menengah. Ini adalah kesempatan untuk mempelajari lebih lanjut tentang populasi lubang hitam di pusat galaksi bermassa rendah, dan untuk belajar tentang bagaimana galaksi dibangun dari blok bangunan yang lebih kecil.

“Kita tahu galaksi besar umumnya terbentuk dari penggabungan galaksi-galaksi yang lebih kecil, tetapi inti yang dilucuti ini memungkinkan kita untuk menguraikan detail interaksi masa lalu itu,” kata Seth.

Referensi: “Deteksi 100.000 M_⊙. lubang hitam di M31’s Most Massive Globular Cluster: A Tidally Stripped Nucleus” oleh Renuka Pechetti, Anil Seth, Sebastian Kamann, Nelson Caldwell, Jay Strader, Mark den Brok, Nora Luetzgendorf, Nadine Neumayer dan Karina Voggel, 11 Januari 2022, Jurnal Astrofisika.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac339f

Penulis lain termasuk Sebastian Kamann dari Liverpool John Moores University; Nelson Caldwell, Pusat Astrofisika Harvard-Smithsonian; Jay Strader, Universitas Negeri Michigan; Mark den Brok, Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam; Nora Luetzgendorf, Badan Antariksa Eropa; Nadine Neumayer, Max Planck Institüt für Astronomie; dan Karina Voggel, Observatoire astronomique de Strasbourg.