Lubang hitam menekuk pemahaman kita tentang Alam Semesta dan hukum fisika. Ketika black hole berputar, ia menyeret ruang di sekelilingnya, dan memberi para astronom kesempatan untuk mempelajari beberapa prediksi Einstein tentang relativitas.
Keberadaan lubang hitam mungkin merupakan prediksi paling menarik dari Teori Relativitas Umum Einstein. Ketika massa apa pun, seperti bintang, menjadi lebih padat daripada batas tertentu, gravitasinya sendiri menjadi sangat kuat sehingga benda itu runtuh ke titik tunggal, sebuah lubang hitam. Dalam pikiran populer, sumur gravitasi yang sangat besar ini adalah tempat di mana hal-hal aneh terjadi. Dan sekarang, tim Center for Astrophysics yang dipimpin telah mengukur pemintalan lubang hitam massal-massa dengan begitu cepat - berputar lebih dari 950 kali per detik - sehingga mendorong batas kecepatan yang diprediksi untuk rotasi.
"Saya akan mengatakan bahwa rezim gravitasi ini jauh dari pengalaman langsung dan mengetahui sebagai dunia subatomik itu sendiri," kata astronom CfA Jeffrey McClintock.
Menerapkan teknik untuk mengukur putaran yang dikembangkan bersama oleh McClintock dan astrofisika CfA Ramesh Narayan, tim menggunakan data satelit Rossi X-ray Timing Explorer NASA untuk memberikan penentuan yang paling langsung dari putaran lubang hitam.
McClintock dan Narayan memimpin kelompok internasional yang terdiri dari Rebecca Shafee, Departemen Fisika Universitas Harvard; Ronald Remillard, Pusat Penelitian Astrofisika dan Antariksa Kavli, MIT; Shane Davis, Universitas California, Santa Barbara, dan Li-Xin Li, Institut Max-Planck untuk Astrofisika, Jerman, dalam penelitian ini. Hasilnya diterbitkan dalam edisi hari ini di Astrophysical Journal.
"Kami sekarang memiliki nilai akurat untuk laju putaran tiga lubang hitam," kata McClintock. "Yang paling menarik adalah hasil kami untuk microquasar GRS1915 + 105, yang memiliki putaran antara 82% dan 100% dari nilai maksimum teoritis."
"Hasil ini memiliki implikasi besar untuk menjelaskan bagaimana lubang hitam memancarkan jet, untuk memodelkan kemungkinan sumber semburan sinar gamma, dan untuk mendeteksi gelombang gravitasi," kata ahli teori Narayan.
Mengapa para astronom peduli dengan spin?
"Dalam astronomi, lubang hitam sepenuhnya dijelaskan oleh hanya dua angka yang menentukan massanya dan seberapa cepat ia berputar," kata McClintock. "Kami tidak mengetahui hal lain yang sesederhana ini kecuali untuk partikel fundamental seperti elektron atau kuark."
Meskipun para astronom telah berhasil mengukur massa lubang hitam, mereka merasa jauh lebih sulit untuk mengukur parameter fundamental kedua dari lubang hitam, yaitu putarannya.
"Memang, sampai tahun ini, tidak ada perkiraan putaran yang dapat dipercaya untuk setiap lubang hitam," kata Narayan.
Gravitasi black hole sangat kuat sehingga, ketika black hole berputar, ia menyeret ruang di sekitarnya. Tepi lubang pemintalan ini disebut horizon peristiwa. Materi apa pun yang melintasi horizon peristiwa ditarik ke dalam lubang hitam.
"Frekuensi putaran lubang hitam yang kami ukur adalah tingkat di mana ruang-waktu berputar, atau diseret, tepat di cakrawala peristiwa lubang hitam," kata Narayan.
Lubang hitam berkecepatan tinggi, GRS 1915, adalah yang paling masif dari 20 lubang hitam biner X-ray yang massa saat ini diketahui, beratnya sekitar 14 kali lebih banyak dari Matahari. Ia terkenal karena sifat-sifat uniknya seperti mengeluarkan semburan materi pada kecepatan cahaya dan variasi yang cepat dalam emisi sinar-X-nya.
Selama beberapa dekade terakhir, puluhan lubang hitam telah ditemukan dalam sistem biner sinar-X. Biner sinar-X adalah sistem di mana dua benda mengorbit satu sama lain, dengan gas dari satu - bintang normal seperti Matahari - dipindahkan dengan stabil ke yang lain - dalam kasus ini, sebuah lubang hitam. Gas berputar ke lubang hitam oleh proses yang disebut pertambahan. Saat berputar, ia memanas hingga jutaan derajat dan memancarkan sinar-X. Tim menggunakan spektrum sinar-X dari piringan akresi lubang hitam untuk menentukan putarannya.
Teknik ini didasarkan pada prediksi kunci teori relativitas: gas yang bertambah ke lubang hitam hanya memancar ke radius tertentu yang terletak di luar lubang hitam - di luar horizon peristiwa. Di dalam radius ini, gas jatuh ke dalam lubang terlalu cepat untuk menghasilkan banyak radiasi. Jari-jari kritis tergantung pada putaran lubang hitam, jadi mengukur radius ini memberikan perkiraan langsung putaran. Semakin kecil radiusnya, semakin panas sinar-X yang dipancarkan dari disk. Suhu sinar-X, ditambah dengan kecerahan sinar-X, memberikan jari-jari yang, pada gilirannya, memberikan laju putaran lubang hitam.
"Sungguh keren bisa mengukur sesuatu yang mendasar ini," kata Rebecca Shafee, yang merupakan mahasiswa pascasarjana di Departemen Fisika di Universitas Harvard. “Metode kami sangat sederhana dalam konsep dan mudah dimengerti. Kami benar-benar beruntung memiliki observatorium sinar-X yang kuat seperti Rossi X-ray Timing Explorer di luar angkasa dan teleskop di Bumi untuk melakukan pengukuran yang kami butuhkan. "
Pencarian untuk penyebab semburan sinar gamma, yang dapat, untuk sesaat, kilatan paling terang di alam semesta, dapat terbantu oleh hasil tim. Ahli astrofisika teoretis Stan Woosley dari University of California, Santa Cruz, telah memodelkan semburan sinar gamma berdasarkan runtuhnya bintang masif. Model-model ini, bagaimanapun, bergantung pada keberadaan lubang hitam dengan putaran yang sangat tinggi, yang sampai sekarang belum pernah dikonfirmasi.
"Ini sangat penting," kata Woosley. "Aku tidak tahu pengukuran seperti itu bisa dilakukan."
Makalah ini menyimpulkan bahwa GRS 1915 dan dua lubang hitam lainnya yang dipelajari oleh tim dilahirkan dengan putaran tinggi. Yaitu, inti runtuh dari bintang masif asli menuangkan momentum sudutnya ke dalam lubang hitam.
“Sejak komunitas menemukan beberapa tahun yang lalu bagaimana mengukur massa lubang hitam, pengukuran putaran telah menjadi cawan suci di bidang ini,” kata McClintock. “Teknik yang kami gunakan pada GRS 1915 dapat diterapkan ke sejumlah binari X-ray black hole lainnya. Kami tidak sabar untuk melihat apa yang kami temukan! '”
“Salah satu harapan kami adalah bahwa sistem lubang hitam yang kami pelajari juga akan dipelajari oleh kelompok lain menggunakan metode favorit mereka untuk mengukur putaran,” kata Narayan. "Begitu metode lain ini dikembangkan lebih lanjut dan menjadi lebih andal, perbandingan silang hasil dari metode yang berbeda akan sangat menarik."
Sumber Asli: Siaran Berita CFA
