Sejak penemuan Sagitarius A * di pusat galaksi kita, para astronom telah memahami bahwa sebagian besar galaksi besar memiliki Lubang Hitam Supermasif (SMBH) pada intinya. Ini dibuktikan oleh emisi elektromagnetik yang kuat yang dihasilkan di inti galaksi-galaksi ini - yang dikenal sebagai "Nuclei Galatic Aktif" (AGN) - yang diyakini disebabkan oleh gas dan debu yang mengalir ke SMBH.
Selama beberapa dekade, para astronom telah mempelajari cahaya yang berasal dari AGN untuk menentukan seberapa besar dan besar lubang hitam mereka. Ini sulit, karena cahaya ini tunduk pada efek Doppler, yang menyebabkan garis spektralnya melebar. Namun berkat model baru yang dikembangkan oleh para peneliti dari Cina dan AS, para astronom mungkin dapat mempelajari Wilayah Garis Luas ini (BLR) dan membuat perkiraan yang lebih akurat tentang massa lubang hitam.
Studi ini, “Gumpalan debu yang rusak secara tidak sengaja sebagai asal dari garis emisi luas di inti galaksi aktif”, baru-baru ini muncul dalam jurnal ilmiah Alam. Penelitian ini dipimpin oleh Jian-Min Wang, seorang peneliti dari Institut Fisika Energi Tinggi (IHEP) di Akademi Ilmu Pengetahuan Cina, dengan bantuan dari Universitas Wyoming dan Universitas Nanjing.
Untuk memecahnya, SMBH dikenal memiliki torus gas dan debu yang mengelilinginya. Gravitasi lubang hitam mempercepat gas dalam torus ini hingga kecepatan ribuan kilometer per detik, yang menyebabkannya memanas dan memancarkan radiasi pada panjang gelombang yang berbeda. Energi ini akhirnya mengungguli seluruh galaksi di sekitarnya, yang memungkinkan para astronom menentukan keberadaan SMBH.
Seperti Michael Brotherton, seorang profesor UW di Departemen Fisika dan Astronomi dan rekan penulis dalam penelitian tersebut, menjelaskan dalam siaran pers UW:
"Orang-orang berpikir," Ini lubang hitam. Mengapa ini sangat terang? 'Lubang hitam masih gelap. Cakram mencapai suhu sangat tinggi sehingga mengeluarkan radiasi di seluruh spektrum elektromagnetik, yang meliputi sinar gamma, sinar-X, UV, inframerah, dan gelombang radio. Lubang hitam dan gas yang bertambah di sekitarnya tempat lubang hitam itu makan adalah bahan bakar yang menyalakan quasar. ”
Masalah dengan mengamati daerah terang ini berasal dari fakta bahwa gas di dalamnya bergerak sangat cepat ke arah yang berbeda. Jika gas bergerak menjauh (relatif terhadap kita) digeser ke arah ujung merah spektrum, gas yang bergerak ke arah kita digeser ke arah ujung biru. Inilah yang mengarah ke Wilayah Garis Luas, di mana spektrum cahaya yang dipancarkan menjadi lebih seperti spiral, membuat pembacaan yang akurat sulit diperoleh.
Saat ini, pengukuran massa SMBH di inti galaksi aktif bergantung pada "teknik pemetaan gema". Singkatnya, ini melibatkan penggunaan model komputer untuk memeriksa garis spektral simetris BLR dan mengukur penundaan waktu di antara mereka. Garis-garis ini diyakini muncul dari gas yang telah difoto oleh kekuatan gravitasi SMBH.
Namun, karena ada sedikit pemahaman tentang garis emisi luas dan komponen BLR yang berbeda, metode ini menimbulkan beberapa ketidakpastian antara 200 dan 300%. "Kami mencoba untuk mendapatkan pertanyaan yang lebih rinci tentang wilayah garis spektrum luas yang membantu kami mendiagnosis massa lubang hitam," kata Brotherton. "Orang-orang tidak tahu dari mana daerah jalur emisi luas ini berasal atau sifat gas ini."
Sebaliknya, tim yang dipimpin oleh Dr. Wang mengadopsi model komputer tipe baru yang mempertimbangkan dinamika torus gas yang mengelilingi SMBH. Torus ini, mereka berasumsi, akan terdiri dari gumpalan materi yang terpisah yang akan terganggu oleh black hole, yang mengakibatkan sejumlah gas mengalir ke dalamnya (alias bertambah di atasnya) dan beberapa dikeluarkan sebagai outflow.
Dari ini, mereka menemukan bahwa garis emisi dalam BLR tunduk pada tiga karakteristik - "asimetri", "bentuk" dan "bergeser". Setelah memeriksa berbagai jalur emisi - simetris dan asimetris - mereka menemukan bahwa ketiga karakteristik ini sangat bergantung pada seberapa terang rumpun gas itu, yang mereka interpretasikan sebagai hasil dari sudut gerakan mereka di dalam torus. Atau seperti yang dikatakan Dr. Brotherton:
“Apa yang kami usulkan terjadi adalah gumpalan debu ini bergerak. Beberapa saling menabrak dan bergabung, dan mengubah kecepatan. Mungkin mereka pindah ke quasar, tempat lubang hitam itu hidup. Beberapa rumpun berputar dari wilayah garis lebar. Beberapa diusir. "
Pada akhirnya, model baru mereka menunjukkan bahwa gumpalan materi yang terganggu dari torus black hole dapat mewakili sumber gas BLR. Dibandingkan dengan model sebelumnya, model yang dirancang oleh Dr. Wang dan rekan-rekannya membangun hubungan antara berbagai proses dan komponen utama di sekitar SMBH. Ini termasuk pemberian lubang hitam, sumber gas photoionized, dan torus berdebu itu sendiri.
Meskipun penelitian ini tidak menyelesaikan semua misteri di sekitar AGN, ini merupakan langkah penting menuju memperoleh perkiraan massa yang akurat tentang SMBH berdasarkan garis spektrum mereka. Dari ini, para astronom dapat lebih akurat menentukan peran apa yang dimainkan lubang hitam ini dalam evolusi galaksi besar.
Penelitian ini dimungkinkan berkat dukungan yang diberikan oleh Program Kunci Nasional untuk Penelitian dan Pengembangan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi, dan Program Penelitian Utama Ilmu-ilmu Perbatasan, yang keduanya dikelola oleh Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok.
