Event Horizon Telescope, sebuah array berskala planet dari delapan teleskop radio berbasis darat yang ditempa melalui kolaborasi internasional, menangkap gambar lubang hitam supermasif di pusat galaksi M87 dan bayangannya.
(Gambar: © Kolaborasi EHT)
Lubang hitam akhirnya diseret keluar dari bayang-bayang.
Untuk pertama kalinya, umat manusia telah memotret salah satu binatang kosmik yang sulit dipahami ini, memancarkan cahaya pada ruang-waktu eksotis yang sudah lama berada di luar jangkauan kita.
"Kami telah melihat apa yang kami pikir tidak dapat dilihat," Sheperd Doeleman, dari Universitas Harvard dan Pusat Astrofisika Harvard-Smithsonian, mengatakan hari ini (10 April) saat konferensi pers di National Press Club di Washington, D.C.
Doeleman mengarahkan proyek Event Horizon Telescope (EHT), yang menangkap citra epik. Keempat foto ini, yang diluncurkan hari ini di acara-acara pers di seluruh dunia dan dalam serangkaian makalah yang diterbitkan, menguraikan garis besar lubang hitam monster yang bersembunyi di jantung galaksi elips M87.
Gambarannya cukup mengejutkan dalam dirinya sendiri. Tetapi yang lebih penting adalah jejak hasil baru kemungkinan akan menyala, kata para peneliti.
"Ada benar-benar bidang baru untuk dijelajahi," Peter Galison, seorang profesor fisika dan sejarah sains di Harvard, mengatakan dalam sebuah pembicaraan EHT bulan lalu di festival South by Southwest (SXSW) di Austin, Texas. "Dan pada akhirnya itulah yang sangat menarik tentang ini."
Galison, yang ikut mendirikan Black Hole Initiative (BHI) interdisipliner Harvard, membandingkan dampak potensial citra tersebut dengan gambar yang dibuat oleh ilmuwan Inggris Robert Hooke pada 1600-an. Ilustrasi ini menunjukkan kepada orang-orang seperti apa serangga dan tanaman melalui mikroskop.
"Itu membuka dunia," kata Galison tentang pekerjaan Hooke.
Sebuah teleskop seukuran Bumi
EHT adalah konsorsium lebih dari 200 ilmuwan yang telah bekerja selama sekitar dua dekade. Ini adalah upaya yang benar-benar internasional; pendanaan selama bertahun-tahun telah datang dari National Science Foundation AS dan banyak organisasi lain di negara-negara di seluruh dunia.
Proyek ini mengambil namanya dari titik terkenal lubang hitam yang tidak bisa kembali - batas di mana tidak ada apa pun, bahkan cahaya, dapat lepas dari cengkeraman gravitasi objek.
"Cakrawala acara adalah tembok penjara pamungkas," kata direktur pendiri BHI Avi Loeb, ketua departemen astronomi Harvard, kepada Space.com. (Loeb bukan bagian dari tim EHT.) "Begitu kamu masuk, kamu tidak akan pernah bisa keluar."
Karena itu mustahil untuk memotret bagian dalam lubang hitam, kecuali jika Anda entah bagaimana berhasil masuk ke sana sendiri. (Kamu dan fotomu tidak bisa kembali ke dunia luar, tentu saja.)
Jadi, EHT menggambarkan horizon peristiwa, memetakan siluet gelap lubang hitam. (Disk gas yang bergerak cepat berputar-putar di sekitar dan ke dalam lubang hitam memancarkan banyak radiasi, sehingga siluet tersebut menonjol.)
"Kami mencari hilangnya foton," kata anggota dewan sains EHT Dan Marrone, seorang profesor astronomi di Universitas Arizona, kepada Space.com.
Proyek ini telah meneliti dua lubang hitam - raksasa M87, yang menampung sekitar 6,5 miliar kali massa matahari Bumi, dan lubang hitam pusat galaksi Bima Sakti kita sendiri, yang dikenal sebagai Sagittarius A *. Objek yang terakhir ini, meskipun masih merupakan lubang hitam supermasif, adalah runtuhan dibandingkan dengan binatang M87, yang hanya mengandung 4,3 juta massa matahari.
Kedua benda ini adalah sasaran yang sulit karena jaraknya yang sangat jauh dari Bumi. Sagitarius A * terletak sekitar 26.000 tahun cahaya dari kita, dan lubang hitam M87 berjarak 53,5 juta tahun cahaya.
Dari sudut pandang kami, horizon acara Sagitarius A * "sangat kecil sehingga setara dengan melihat warna oranye di bulan atau bisa membaca koran di Los Angeles saat Anda sedang duduk di New York City," kata Doeleman selama acara SXSW bulan lalu.
Tidak ada teleskop tunggal di Bumi yang dapat melakukan pengamatan itu, jadi Doeleman dan anggota tim EHT lainnya harus menjadi kreatif. Para peneliti telah menghubungkan teleskop radio di Arizona, Spanyol, Meksiko, Antartika dan tempat-tempat lain di seluruh dunia, membentuk instrumen virtual seukuran Bumi.
Begitu banyak data
Tim EHT telah menggunakan megascope ini untuk mempelajari dua lubang hitam supermasif selama dua minggu hingga saat ini - satu kali pada April 2017 dan sekali lagi pada tahun berikutnya. Citra baru berasal dari menjalankan pengamatan pertama.
Ada alasan bagus mengapa butuh dua tahun untuk hasil pertama proyek untuk keluar. Untuk satu hal, setiap malam pengamatan menghasilkan sekitar 1 petabyte data, menghasilkan jarak sedemikian rupa sehingga tim harus memindahkan informasinya dari satu tempat ke tempat dengan cara lama.
"Tidak mungkin kami dapat mentransfer data ini melalui internet," kata ilmuwan proyek EHT Dimitrios Psaltis, seorang profesor astronomi di University of Arizona, pada acara SXSW. "Jadi, apa yang sebenarnya kita lakukan adalah, kita mengambil hard drive kita dan kita FedEx mereka dari satu tempat ke tempat lain. Ini jauh lebih cepat daripada kabel apa pun yang pernah Anda temukan."
Ini memperlambat dan mempersulit analisis, tentu saja. Data dari lingkup EHT di dekat Kutub Selatan, misalnya, tidak bisa turun Antartika sampai Desember 2017, ketika itu cukup hangat untuk pesawat masuk dan keluar, kata Marrone.
Mengkorelasikan dan mengkalibrasi data juga rumit, tambahnya. Dan tim sangat berhati-hati dengan pekerjaan ini, mengingat sifat penemuan yang sangat penting.
"Jika Anda akan datang dengan klaim besar pencitraan lubang hitam, Anda harus memiliki bukti besar, bukti yang sangat kuat," kata Doeleman di acara SXSW (yang berfungsi sebagai penjelas dari upaya EHT tetapi tidak mengumumkan hasil apa saja).
"Dan pada proyek kami, kami sering berpikir bahwa orang-orang seperti [Albert] Einstein, [Arthur] Eddington [dan Karl] Schwarzschild agak memandang ke belakang," tambahnya, merujuk pada fisikawan yang membantu memelopori pemahaman kita tentang lubang hitam. "Dan ketika kamu memiliki tokoh-tokoh seperti memeriksa pekerjaanmu, kamu benar-benar ingin memperbaikinya."
Apa artinya semua itu
Proyek EHT memiliki dua tujuan utama, kata Psaltis: untuk menggambarkan horizon peristiwa untuk pertama kalinya dan untuk membantu menentukan apakah teori relativitas umum Einstein memerlukan revisi.
Sebelum Einstein datang, gravitasi umumnya dianggap sebagai kekuatan misterius di kejauhan. Tetapi relativitas umum menggambarkannya sebagai lengkungan ruang-waktu: Objek besar seperti planet, bintang, dan lubang hitam menciptakan semacam penurunan dalam ruang-waktu, seperti halnya bola bowling jika diletakkan di atas trampolin. Objek terdekat mengikuti kurva ini dan disalurkan ke arah pusat massa.
Relativitas umum telah bertahan dengan sangat baik selama abad ini sejak diperkenalkan, melewati setiap tes yang dilemparkan para ilmuwan padanya. Tetapi pengamatan EHT menyediakan percobaan lain, dalam ranah ekstrem di mana prediksi mungkin tidak cocok dengan kenyataan. Itu karena para astronom dapat menghitung ukuran dan bentuk yang diharapkan dari horizon peristiwa menggunakan relativitas umum, Psaltis menjelaskan.
Jika siluet yang diamati cocok dengan simulasi teori-informasi, "maka Einstein 100% benar," kata Psaltis. "Jika jawabannya tidak, maka kita harus mengubah teorinya untuk membuatnya bekerja dengan eksperimen. Inilah cara ilmu pengetahuan berjalan."
Dan kami belajar hari ini bahwa tidak ada perubahan yang diperlukan, setidaknya saat ini: pengamatan M87 EHT konsisten dengan relativitas umum, kata anggota tim. Yaitu, horizon peristiwa hampir bundar dan merupakan ukuran "tepat" untuk lubang hitam dengan massa yang sangat besar itu.
"Saya harus mengakui, saya sedikit terkejut bahwa itu sangat cocok dengan prediksi yang telah kami buat," kata anggota tim EHT, Avery Broderick, dari University of Waterloo dan Institut Perimeter untuk Fisika Teoritis di Kanada, dalam konferensi pers hari ini. .
Tentu saja, perangkap di darat sangat penting untuk proses ilmiah. Memang, memberikan informasi yang lebih baik untuk dimasukkan ke dalam teori dan simulasi kemungkinan akan menjadi salah satu kontribusi terbesar EHT, kata Loeb.
"Melakukan fisika adalah dialog dengan alam," katanya. "Kami menguji ide-ide kami dengan membandingkannya dengan eksperimen; data eksperimental sangat penting."
Hasil baru ini juga akan membantu para ilmuwan mendapatkan penanganan yang lebih baik pada lubang hitam, katanya dan peneliti lainnya. Misalnya, pencitraan EHT kemungkinan akan menyinari cahaya yang signifikan tentang bagaimana gas spiral turun ke rahang lubang hitam. Proses akresi ini, yang dapat menyebabkan generasi pancaran radiasi yang kuat, kurang dipahami, kata Loeb.
Selain itu, bentuk cakrawala peristiwa dapat mengungkapkan apakah lubang hitam berputar, kata Fiona Harrison dari California Institute of Technology, peneliti utama penelitian lubang hitam NASA. Array Teleskop Spektroskopi Nuklir (NuSTAR) misi.
"Kami telah menyimpulkan putaran lubang hitam secara tidak langsung," Harrison, yang bukan bagian dari tim EHT, mengatakan kepada Space.com. Pencitraan EHT menyediakan "tes langsung, yang sangat menarik," tambahnya.
Data EHT mengungkapkan lubang hitam M87 berputar searah jarum jam, kata anggota tim hari ini.
Proyek ini juga harus menunjukkan bagaimana materi didistribusikan di sekitar lubang hitam, dan pengamatan EHT akhirnya bisa mengajar banyak astronom tentang bagaimana lubang hitam supermasif membentuk evolusi galaksi tuan rumah mereka dalam skala waktu yang lama, kata Harrison.
Hasil EHT juga cocok dengan hasil Laser Interferometer Observatorium Gelombang-Gravitasi (LIGO), yang telah mendeteksi riak ruang-waktu yang dihasilkan oleh merger yang melibatkan lubang hitam beberapa kali lebih masif daripada matahari.
"Meskipun bervariasi di seluruh faktor miliar massa, lubang hitam yang diketahui semuanya konsisten dengan deskripsi tunggal," kata Broderick hari ini. "Lubang hitam besar dan kecil analog dengan cara-cara penting. Apa yang kita pelajari dari satu [jenis] tentu berlaku untuk yang lain."
Dan jika Anda bertanya-tanya tentang Sagitarius A *: Tim EHT berharap untuk mendapatkan citra lubang hitam supermasif segera, kata Doeleman hari ini. Para peneliti melihat M87 terlebih dahulu, dan itu sedikit lebih mudah untuk diselesaikan daripada Sagitarius A * karena itu kurang variabel dalam rentang waktu pendek, jelasnya.
Perspektif baru?
Lalu ada daya tarik yang lebih luas dari citra yang baru dirilis - bagaimana itu berbicara kepada kita yang bukan ahli astrofisika.
Kontribusi dalam arena ini dapat menjadi signifikan, kata anggota tim EHT dan ilmuwan luar. Foto dapat mengubah cara kita berpikir tentang diri kita sendiri dan tempat kita di alam semesta, kata Marrone, mengutip foto "Earthrise" yang terkenal yang diambil oleh astronot Apollo 8 Bill Anders pada bulan Desember 1968. Gambar ini, yang memberi massa pandangan sekilas tentang planet kita sebagai sesungguhnya - pos terdepan yang sepi dalam lautan kegelapan yang tak terbatas - secara luas dipuji karena membantu memacu gerakan lingkungan.
Melihat lubang hitam kehidupan nyata - atau siluetnya, "adalah hal fiksi ilmiah," kata Harrison. Dan kami telah melihat hanya beberapa foto pertama proyek, ia menambahkan: "Mereka hanya akan menjadi lebih baik."
- Para astronom akan mengintip ke dalam Lubang Hitam untuk Pertama Kali dengan Teleskop Event Horizon
- Lubang Hitam Besar Ini Berputar Setengah Kecepatan Cahaya!
- 8 Misteri Astronomi yang Mengherankan
Buku Mike Wall tentang pencarian kehidupan alien, "Di luar sana"(Grand Central Publishing, 2018; diilustrasikan oleh Karl Tate), sedang keluar sekarang. Ikuti dia di Twitter @michaeldwall. Ikuti kami di Twitter @Spacedotcom atau Facebook.
