Menggunakan model komputer baru, para astronom telah menentukan bahwa lubang hitam di pusat galaksi M87 setidaknya dua kali lebih besar dari yang diperkirakan sebelumnya. Beratnya 6,4 miliar kali massa Matahari, ini adalah lubang hitam paling masif yang belum diukur, dan model baru ini menunjukkan bahwa massa lubang hitam yang diterima di galaksi besar terdekat lainnya mungkin mati dengan jumlah yang sama. Ini memiliki konsekuensi untuk teori-teori tentang bagaimana galaksi terbentuk dan tumbuh, dan bahkan mungkin memecahkan paradoks astronomi yang sudah lama ada.
Astronom Karl Gebhardt dari University of Texas di Austin dan Jens Thomas dari Institut Max Planck untuk Fisika Extraterrestrial merinci temuan mereka pada konferensi Masyarakat Astronomi Amerika di Pasadena, California, Senin.
Untuk mencoba memahami bagaimana galaksi terbentuk dan tumbuh, para astronom mulai dengan informasi dasar tentang galaksi hari ini, seperti apa mereka dibuat, seberapa besar mereka, dan berapa beratnya. Para astronom mengukur kategori terakhir ini, massa galaksi, dengan menghitung kecepatan bintang yang mengorbit di dalam galaksi.
Studi tentang massa total adalah penting, kata Thomas, tetapi “titik penting adalah untuk menentukan apakah massa berada di lubang hitam, bintang-bintang, atau lingkaran gelap. Anda harus menjalankan model yang canggih untuk dapat menemukan yang mana. Semakin banyak komponen yang Anda miliki, semakin rumit modelnya. ”
Untuk memodelkan M87, Gebhardt dan Thomas menggunakan salah satu superkomputer paling kuat di dunia, sistem Lonestar di The University of Texas di Texas Advanced Computing Center Austin. Lonestar adalah cluster Linux Dell dengan 5.840 core pemrosesan dan dapat melakukan 62 triliun operasi floating-point per detik. (Komputer laptop papan atas saat ini memiliki dua core dan dapat melakukan hingga 10 miliar operasi floating-point per detik.)
Model G87 Gebhardt dan Jens lebih rumit dari model galaksi sebelumnya, karena selain memodelkan bintang-bintang dan lubang hitamnya, ia juga memperhitungkan "lingkaran gelap" galaksi, wilayah bulat yang mengelilingi galaksi yang memanjang melampaui galaksi utama. struktur yang terlihat, berisi "materi gelap" misterius galaksi.
"Di masa lalu, kami selalu menganggap halo gelap sebagai hal yang signifikan, tetapi kami tidak memiliki sumber daya komputasi untuk menjelajahinya juga," kata Gebhardt. “Kami hanya bisa menggunakan bintang dan lubang hitam sebelumnya. Aduk dalam lingkaran gelap, menjadi terlalu mahal secara komputasi, Anda harus pergi ke superkomputer. "
Hasil Lonestar adalah massa untuk black hole M87 beberapa kali dari apa yang ditemukan model sebelumnya. "Kami sama sekali tidak mengharapkannya," kata Gebhardt. Dia dan Jens hanya ingin menguji model mereka pada "galaksi paling penting di luar sana," katanya.
Sangat besar dan dekat letaknya (dalam istilah astronomi), M87 adalah salah satu galaksi pertama yang disarankan untuk menampung lubang hitam pusat hampir tiga dekade lalu. Ia juga memiliki jet penembakan aktif keluar inti galaksi saat materi berputar lebih dekat ke lubang hitam, memungkinkan para astronom untuk mempelajari proses di mana lubang hitam menarik materi. Semua faktor ini menjadikan M87 "jangkar untuk studi lubang hitam supermasif," kata Gebhardt.
Hasil baru ini untuk M87, bersama dengan petunjuk dari penelitian terbaru lainnya dan pengamatan teleskop terbarunya (publikasi dalam persiapan), membuatnya curiga bahwa semua massa lubang hitam untuk galaksi paling masif diremehkan.
Kesimpulan itu "penting untuk bagaimana lubang hitam berhubungan dengan galaksi," kata Thomas. "Jika Anda mengubah massa lubang hitam, Anda mengubah bagaimana lubang hitam berhubungan dengan galaksi." Ada hubungan erat antara galaksi dan lubang hitamnya yang memungkinkan para peneliti menyelidiki fisika tentang bagaimana galaksi tumbuh seiring waktu kosmik. Peningkatan massa black hole di galaksi paling masif akan menyebabkan hubungan ini dievaluasi kembali.
Massa yang lebih tinggi untuk lubang hitam di galaksi terdekat juga dapat memecahkan paradoks mengenai massa quasar - lubang hitam aktif di pusat galaksi yang sangat jauh, terlihat pada zaman kosmik yang jauh lebih awal. Quasar bersinar terang ketika material itu berputar, memancarkan radiasi yang melimpah sebelum melintasi horizon peristiwa (wilayah di mana tidak ada apa pun - bahkan cahaya - yang bisa lolos).
"Ada masalah yang sudah berlangsung lama di mana massa lubang hitam quasar sangat besar - 10 miliar massa matahari," kata Gebhardt. “Tetapi di galaksi lokal, kami tidak pernah melihat lubang hitam sebesar itu, bahkan hampir tidak. Dugaan itu sebelum massa quasar salah, ”katanya. Tetapi "jika kita menambah massa M87 dua atau tiga kali, masalahnya hampir hilang."
Kesimpulan hari ini adalah berdasarkan model, tetapi Gebhardt juga telah melakukan pengamatan teleskop baru tentang M87 dan galaksi lain menggunakan instrumen kuat baru pada Teleskop Utara Gemini dan Teleskop Sangat Besar European Southern Observatory's Very Large Telescope. Dia mengatakan data ini, yang akan dikirimkan untuk publikasi segera, mendukung kesimpulan berbasis model saat ini tentang massa black hole.
Untuk pengamatan teleskop masa depan tentang halo gelap galaksi, Gebhardt mencatat bahwa instrumen yang relatif baru di The University of Texas di Observatorium McDonald Austin adalah sempurna. "Jika Anda perlu mempelajari lingkaran cahaya untuk mendapatkan massa lubang hitam, tidak ada instrumen yang lebih baik dari VIRUS-P," katanya. Instrumen ini adalah spektograf. Ini memisahkan cahaya dari objek astronomi menjadi panjang gelombang komponennya, menciptakan tanda tangan yang dapat dibaca untuk mengetahui jarak, kecepatan, gerakan, suhu objek, dan banyak lagi.
VIRUS-P baik untuk studi halo karena dapat mengambil spektrum di atas area langit yang sangat besar, yang memungkinkan para astronom mencapai tingkat cahaya yang sangat rendah pada jarak jauh dari pusat galaksi di mana halo gelap dominan. Ini adalah prototipe, yang dibuat untuk menguji teknologi yang masuk ke spektograf VIRUS yang lebih besar untuk Eksperimen Gelap Hobi-Eberly Teleskop Gelap (HETDEX) yang akan datang.
Sumber: AAS, Observatory McDonald
