Deteksi pertama cahaya dari balik lubang hitam

Menyaksikan sinar-X mengalir ke alam semesta melalui supermassa Lubang hitam Di pusat galaksi yang berjarak 800 juta tahun cahaya, astrofisikawan Universitas Stanford Dan Wilkins memperhatikan pola yang menarik. Dia melihat serangkaian suar sinar-X terang – menarik, tetapi belum pernah terjadi sebelumnya – dan kemudian, teleskop merekam sesuatu yang tidak terduga: kilatan sinar-X tambahan yang lebih kecil, kemudian dan dengan “warna” berbeda dari suar terang.

Menurut teori, gema bercahaya ini konsisten dengan sinar-X yang dipantulkan dari balik lubang hitam – tetapi bahkan pemahaman dasar tentang lubang hitam memberi tahu kita bahwa ini adalah tempat yang aneh dari mana cahaya berasal.

kata Wilkins, seorang ilmuwan peneliti di Institut Kavli untuk Fisika Partikel dan Kosmologi di Laboratorium Akselerator Nasional dan SLAC Stanford. Namun, sifat aneh lain dari lubang hitam memungkinkan pengamatan ini. “Alasan kita bisa melihatnya karena lubang hitam mendistorsi ruang, membelokkan cahaya, dan membungkus medan magnet di sekitarnya,” jelas Wilkins.

Ilustrasi bagaimana cahaya digaungkan dari balik lubang hitam. Kredit: ESA

Penemuan aneh yang dirinci dalam makalah penelitian yang diterbitkan hari ini (28 Juli 2021) di alam, Ini adalah pengamatan langsung pertama cahaya dari balik lubang hitam – sebuah skenario yang diprediksi oleh teori relativitas umum Einstein tetapi belum dikonfirmasi.

“Lima puluh tahun yang lalu, ketika astrofisikawan mulai berspekulasi tentang bagaimana medan magnet akan berperilaku di dekat lubang hitam, mereka tidak tahu bahwa suatu hari kita mungkin memiliki teknik untuk mengamatinya secara langsung dan melihat teori relativitas umum Einstein beraksi,” katanya. . Roger Blandford, rekan penulis makalah ini adalah Profesor Luke Blossom di College of Humanities and Sciences, dan Profesor Fisika dan SLAC di Stanford University dan SLAC.

Bagaimana Anda melihat lubang hitam?

Motivasi asli di balik penelitian ini adalah untuk mempelajari lebih lanjut tentang fitur misterius dari beberapa lubang hitam, yang disebut korona. Materi yang jatuh ke dalam lubang hitam supermasif memasok sumber cahaya kontinu paling terang di alam semesta, dan dengan demikian, ia membentuk lingkaran cahaya di sekitar lubang hitam. Cahaya ini – sinar X-ray – dapat dianalisis untuk memetakan dan mengkarakterisasi lubang hitam.

Animasi yang menunjukkan bagaimana cahaya bergema dari balik lubang hitam. Kredit: ESA

Teori utama tentang apa itu korona dimulai dengan masuknya gas ke dalam lubang hitam, di mana suhunya naik hingga jutaan derajat. Pada suhu itu, elektron terpisah dari atom, membentuk magnetisasi plasma. Terjebak dalam rotasi kuat lubang hitam, medan magnet melengkung begitu tinggi di atas lubang hitam, dan berputar begitu banyak, sehingga akhirnya pecah sepenuhnya – situasi yang sangat mengingatkan pada apa yang terjadi di sekitar matahari kita sehingga dinamai “corona”.

“Medan magnet yang dibatasi dan kemudian ditangkap di dekat lubang hitam ini memanaskan segala sesuatu di sekitarnya dan menghasilkan elektron berenergi tinggi yang kemudian menghasilkan sinar-X,” kata Wilkins.

Ketika Wilkins melihat lebih dekat untuk menyelidiki asal mula kobaran api, dia melihat serangkaian kilatan yang lebih kecil. Para peneliti menentukan bahwa ini sama dengan suar sinar-X tetapi dipantulkan oleh kembali Dari disk – pandangan pertama di sisi jauh lubang hitam.

“Saya telah membangun prediksi teoretis tentang bagaimana gema ini terdengar bagi kita selama beberapa tahun,” kata Wilkins. “Saya sudah melihat mereka dalam teori yang saya kembangkan, jadi segera setelah saya melihat mereka dalam pengamatan teleskop, saya bisa mengetahui hubungannya.”

catatan masa depan

Tugas mengkarakterisasi dan memahami huron terus berlanjut dan akan membutuhkan pengamatan lebih lanjut. Bagian dari masa depan ini adalah Observatorium Sinar-X Badan Antariksa Eropa, Athena (Teleskop Astrofisika Energi Tinggi Tingkat Lanjut). Sebagai anggota Laboratorium Steve Allen, profesor fisika di Universitas Stanford dan fisika partikel dan astrofisika di SLAC, Wilkins membantu mengembangkan bagian dari detektor Wide Field Imaging untuk Athena.

“Ini memiliki cermin yang jauh lebih besar daripada yang pernah ada pada teleskop sinar-X, dan itu akan memungkinkan kita untuk mendapatkan gambar beresolusi lebih tinggi dalam waktu pengamatan yang jauh lebih singkat,” kata Wilkins. “Jadi gambaran yang mulai kami dapatkan dari data saat ini akan menjadi lebih jelas dengan observatorium baru ini.”

Referensi: 28 Juli 2021, alam.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03667-0

Rekan penulis penelitian ini berasal dari Saint Mary’s University (Kanada), Netherlands Institute for Space Research (SRON), University of Amsterdam dan Penn State University.

Karya ini didukung oleh NASA NuSTAR dan XMM-Newton Guest Observer Programs, Kavli Fellowship di Stanford University, dan VM Willaman Endowment di Penn State University.