Wawasan Tepat tentang Lubang Hitam Supermasif di Jantung Bima Sakti – Majalah Time.com

Para astronom menggunakan Observatorium Gemini dan kolaborasi teleskop internasional untuk menjelaskan Sagitarius A*.

Para astronom telah membuat pengukuran yang paling tepat dari gerakan bintang di sekitar lubang hitam supermasif di pusat Bima Sakti. Hasil ini, diperoleh dengan bantuan teleskop Gemini Utara, menunjukkan bahwa 99,9% massa yang terkandung di pusat galaksi disebabkan oleh lubang hitam, dan hanya 0,1% yang dapat mencakup bintang, lubang hitam yang lebih kecil, debu antarbintang dan gas, atau materi gelap.

Para astronom telah mengukur lebih tepat dari sebelumnya posisi dan kecepatan empat bintang di sekitar lubang hitam supermasif yang mengintai di pusat Bima Sakti, yang dikenal sebagai Sagitarius A* (Sgr A*) [1]. Bintang-bintang ini — yang disebut S2, S29, S38, dan S55 — ditemukan bergerak dengan cara yang menunjukkan bahwa massa di pusat Bima Sakti hampir seluruhnya disebabkan oleh lubang hitam Sgr A*, yang menyisakan sangat sedikit ruang untuk ada yang lain.

Tim menggunakan berbagai fasilitas astronomi mutakhir dalam penelitian ini. Untuk mengukur kecepatan bintang, mereka menggunakan spektroskopi dari Gemini Near Infrared Spectrograph (GNIRS) di Gemini Utara dekat puncak Maunakea di Hawai’i, bagian dari internasional Observatorium Gemini, sebuah program dari NSF NOIRLab, dan instrumen SINFONI di European Southern Observatory’s Teleskop Sangat Besar. Posisi bintang-bintang diukur dengan instrumen GRAVITY di VLTI. [2]

“Kami sangat berterima kasih kepada Observatorium Gemini, yang instrumen GNIRS-nya memberi kami informasi penting yang kami butuhkan,” kata Reinhard Genzel, direktur Institut Max Planck untuk Fisika Luar Angkasa dan penerima bersama Hadiah Nobel Fisika 2020. “Penelitian ini menunjukkan kolaborasi di seluruh dunia yang terbaik.”

Pusat Galaksi Bima Sakti, terletak kira-kira 27.000 tahun cahaya dari Matahari, berisi sumber radio kompak Sgr A* yang telah diidentifikasi oleh para astronom sebagai lubang hitam supermasif 4,3 juta kali lebih besar dari Matahari. Terlepas dari beberapa dekade pengamatan yang melelahkan — dan Penghargaan Nobel diberikan untuk menemukan identitas Sgr A* [3] — sulit untuk membuktikan secara meyakinkan bahwa sebagian besar massa ini hanya milik lubang hitam supermasif dan tidak juga mencakup sejumlah besar materi seperti bintang, lubang hitam yang lebih kecil, debu dan gas antarbintang, atau materi gelap.

“Dengan hadiah Nobel Fisika 2020 yang diberikan untuk konfirmasi bahwa Sgr A* memang lubang hitam, kami sekarang ingin melangkah lebih jauh. Kami ingin memahami apakah ada hal lain yang tersembunyi di pusat Bima Sakti, dan apakah relativitas umum memang teori gravitasi yang benar di laboratorium ekstrem ini,” jelas Stefan Gillessen, salah satu astronom yang terlibat dalam penelitian ini. “Cara paling mudah untuk menjawab pertanyaan itu adalah dengan mengikuti orbit bintang yang melintas dekat Sgr A*.”

Ilustrasi pusat Bima Sakti – berlabel. Dalam ilustrasi ini, bintang-bintang terlihat mengorbit dekat di sekitar lubang hitam supermasif yang mengintai di pusat Bima Sakti, yang dikenal sebagai Sagitarius A* (Sgr A*). Menggunakan Gemini Utara dari Observatorium Gemini internasional, Program NOIRLab NSF dan VLT ESO, para astronom telah mengukur lebih tepat dari sebelumnya posisi dan kecepatan empat bintang ini, yang disebut S2, S29, S38, dan S55, dan menemukan mereka untuk bergerak sedemikian rupa sehingga menunjukkan bahwa massa di pusat Bima Sakti hampir seluruhnya disebabkan oleh lubang hitam Sgr A*, menyisakan sangat sedikit ruang untuk hal lain. Kredit: Observatorium Gemini Internasional/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/(Mesin luar angkasa). Pengakuan: M. Zamani (NOIRLab NSF)

Teori relativitas umum Einstein memprediksi bahwa orbit bintang di sekitar objek kompak supermasif agak berbeda dari yang diprediksi oleh teori klasik. Newtonian fisika. Secara khusus, relativitas umum memprediksi bahwa orbit bintang-bintang akan mengikuti bentuk roset yang elegan — efek yang dikenal sebagai Presesi Schwarzschild. Untuk benar-benar melihat bintang menelusuri roset ini, tim melacak posisi dan kecepatan empat bintang di sekitar Sgr A* — disebut S2, S29, S38, dan S55. Pengamatan tim sejauh mana bintang-bintang ini mendahului memungkinkan mereka untuk menyimpulkan distribusi massa dalam Sgr A*. Mereka menemukan bahwa setiap massa yang diperpanjang dalam orbit bintang S2 menyumbang paling banyak setara dengan 0,1% massa lubang hitam supermasif.

Mengukur variasi menit dalam orbit bintang-bintang jauh di sekitar lubang hitam supermasif galaksi kita sangat menantang. Untuk membuat penemuan lebih lanjut, para astronom harus mendorong batas-batas tidak hanya sains tetapi juga teknik. Teleskop sangat besar (ELT) yang akan datang seperti Teleskop Magellan Raksasa dan Teleskop Tiga Puluh Meter (keduanya bagian dari Program AS-ELT) akan memungkinkan para astronom untuk mengukur bintang yang lebih redup dengan presisi yang lebih tinggi.

“Kami akan meningkatkan sensitivitas kami lebih jauh di masa depan, memungkinkan kami untuk melacak objek yang lebih redup,” tutup Gillessen. “Kami berharap dapat mendeteksi lebih dari yang kami lihat sekarang, memberi kami cara yang unik dan tidak ambigu untuk mengukur rotasi lubang hitam.”

Gambar VLTI ESO dari bintang-bintang di pusat Bima Sakti. Gambar beranotasi ini, diperoleh dengan instrumen GRAVITY pada Very Large Telescope Interferometer (VLTI) ESO antara Maret dan Juli 2021, menunjukkan bintang yang mengorbit sangat dekat dengan Sagitarius A*, lubang hitam supermasif di jantung Bima Sakti. Salah satu bintang ini, bernama S29, diamati saat melakukan pendekatan terdekatnya ke lubang hitam pada 13 miliar kilometer, hanya 90 kali jarak antara Matahari dan Bumi. Bintang lain, bernama S300, terdeteksi untuk pertama kalinya dalam pengamatan VLTI baru yang dilaporkan oleh ESO. Menggunakan Gemini Utara dari Observatorium Gemini internasional, Program NOIRLab NSF dan VLT ESO, para astronom telah mengukur lebih tepat dari sebelumnya posisi dan kecepatan bintang-bintang S29 dan S55 (serta bintang S2 dan S38), dan menemukan mereka untuk bergerak dengan cara yang menunjukkan bahwa massa di pusat Bima Sakti hampir seluruhnya disebabkan oleh lubang hitam Sagitarius A*, menyisakan sangat sedikit ruang untuk hal lain. Kredit: Kolaborasi ESO/GRAVITY

“Observatorium Gemini terus memberikan wawasan baru tentang sifat galaksi kita dan lubang hitam besar di pusatnya,” kata Martin Still, Program Officer Gemini di National Science Foundation. “Pengembangan instrumen lebih lanjut selama dekade berikutnya yang ditujukan untuk penggunaan luas akan mempertahankan kepemimpinan NOIRLab dalam karakterisasi Alam Semesta di sekitar kita.”

Catatan

[1] Sagitarius A* diucapkan sebagai “Bintang Sagitarius A”.

[2] Itu VLT terdiri dari empat teleskop individu berukuran 8,2 meter yang dapat menggabungkan cahaya melalui jaringan cermin dan terowongan bawah tanah menggunakan teknik yang dikenal sebagai interferometri, untuk membentuk VLTI. GRAVITASI menggunakan teknik ini untuk mengukur posisi objek langit malam dengan akurasi tinggi — setara dengan memilih koin seperempat dolar di permukaan Bulan.

Ilustrasi lubang hitam Sagitarius A* di pusat Bima Sakti. Kredit: Observatorium Gemini Internasional/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/(Mesin luar angkasa). Pengakuan: M. Zamani (NOIRLab NSF)

[3] Hadiah Nobel Fisika 2020 sebagian dianugerahkan kepada Reinhard Genzel dan Andrea Ghez “untuk penemuan objek kompak supermasif di pusat galaksi kita”.

Sumber: Gemini