Para astronom telah menemukan lubang hitam terdekat di bumi – di halaman belakang kosmik

Teleskop Utara Gemini di Hawaii mengungkapkan gugus bintang pertama yang tidak aktif[{” attribute=””>black hole in our cosmic backyard.

Using the International Gemini Observatory, astronomers have discovered the closest-known black hole to Earth. This is the first unambiguous detection of a dormant stellar-mass black hole in the Milky Way. Located a mere 1600 light-years away, its close proximity to Earth offers an intriguing target of study to advance our understanding of the evolution of binary systems.

Black holes are the most extreme objects in the Universe. It is believed that supermassive versions of these unimaginably dense objects reside at the centers of all large galaxies. Stellar-mass black holes — which weigh approximately five to 100 times the mass of the Sun — are much more common. In fact, there are an estimated 100 million stellar-mass black holes in the Milky Way alone. However, only a handful have been confirmed to date, and nearly all of these are ‘active’. This means that they shine brightly in X-rays as they consume material from a nearby stellar companion, unlike dormant black holes which do not.

Astronomers have now discovered the closest black hole to Earth, which the researchers have dubbed Gaia BH1. To find it, they used the Gemini North telescope in Hawai‘i, one of the twin telescopes of the International Gemini Observatory, operated by NSF’s NOIRLab.

Gaia BH1 is a dormant black hole that is about 10 times more massive than the Sun and is located about 1600 light-years away in the constellation Ophiuchus. This means it is three times closer to Earth than the previous record holder, an X-ray binary in the constellation of Monoceros. The new discovery was made possible by making exquisite observations of the motion of the black hole’s companion, a Sun-like star that orbits the black hole at about the same distance as the Earth orbits the Sun.

Animasi ini menunjukkan bintang mirip matahari yang mengorbit Gaia BH1, lubang hitam terdekat dengan Bumi, yang terletak sekitar 1.600 tahun cahaya. Pengamatan Gemini Utara, salah satu teleskop kembar dari Observatorium Internasional Gemini, dioperasikan oleh NOIRLab NSF, sangat penting untuk membatasi gerakan orbital dan dengan demikian massa dari dua komponen dalam sistem biner, memungkinkan tim untuk mengidentifikasi objek pusat sebagai lubang hitam sekitar 10 kali massa Matahari kita. Kredit: T. Müller (MPIA), PanSTARRS DR1 (KC Chambers dkk. 2016), ESA/Gaia/DPAC

“Ambil tata surya, letakkan lubang hitam di mana matahari berada, dan matahari adalah tempat Bumi berada, dan Anda akan memiliki sistem ini,” jelas Karim El-Badri, astrofisikawan di Astrophysical Center. Harvard, Smithsonian, dan Max Planck Institute for Astronomy, dan penulis utama makalah yang menjelaskan penemuan ini, diterbitkan 2 November di Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society.

Meskipun ada banyak penemuan yang diklaim tentang sistem semacam itu, hampir semua penemuan ini kemudian dibantah. Ini adalah penemuan tegas pertama dari bintang mirip matahari dalam orbit lebar di sekitar lubang hitam bermassa bintang di galaksi kita.”

Meskipun ada jutaan lubang hitam bermassa bintang yang berkeliaran di Bima Sakti, sangat sedikit yang telah ditemukan melalui interaksi aktifnya dengan bintang pendamping. Saat material dari bintang terdekat berputar ke arah lubang hitam, material tersebut menjadi sangat panas dan menghasilkan sinar-X dan pancaran material yang kuat. Jika lubang hitam tidak aktif memberi makan (yaitu tertidur) ia hanya menyatu dengan lingkungannya.

“Saya telah mencari lubang hitam yang tidak aktif selama empat tahun terakhir menggunakan berbagai set data dan metode,” kata Al-Badri. “Upaya saya sebelumnya – serta yang lain – telah memunculkan serangkaian sistem biner yang menyamar sebagai lubang hitam, tetapi ini adalah pertama kalinya penelitian ini membuahkan hasil.”

Tim awalnya mengidentifikasi sistem yang berpotensi menampung lubang hitam dengan menganalisis data dari Badan Antariksa Eropa Pesawat ruang angkasa Gaia. Gaia menangkap ketidakteraturan menit dalam gerakan bintang yang disebabkan oleh gravitasi dari objek besar yang tidak terlihat. Untuk mengeksplorasi sistem secara lebih rinci, Al-Badri dan timnya beralih ke instrumen Gemini Multi-Object Spectrograph di Gemini North, yang mengukur kecepatan bintang pendamping saat mengorbit lubang hitam dan memberikan pengukuran yang akurat dari periode orbitnya. . Pengamatan tindak lanjut Gemini sangat penting untuk membatasi gerakan orbital dan dengan demikian massa dua komponen dalam sistem biner, memungkinkan tim untuk mengidentifikasi objek pusat sebagai lubang hitam sekitar 10 kali massa matahari kita.

Al-Badri menjelaskan bahwa “pengamatan kami terhadap tindak lanjut Gemini menegaskan tanpa keraguan bahwa biner mengandung bintang biasa dan setidaknya satu lubang hitam yang tidak aktif.” “Kami tidak dapat menemukan skenario astrofisika yang masuk akal yang dapat menjelaskan orbit yang diamati dari sistem yang tidak mencakup setidaknya satu lubang hitam.”

Tim tidak hanya mengandalkan kemampuan pemantauan Gemini North yang mengesankan, tetapi juga pada kemampuan Gemini untuk menyediakan data pada tenggat waktu yang ketat, karena tim hanya memiliki waktu singkat untuk melakukan pengamatan lanjutan.

“Ketika kami memiliki indikasi pertama bahwa sistem tersebut mengandung lubang hitam, kami hanya memiliki waktu seminggu sebelum kedua objek berada pada jarak terdekat pada orbitnya. Pengukuran pada titik ini diperlukan untuk membuat perkiraan massa yang akurat dalam sistem biner,” Al -Kata Badri. “Kemampuan Gemini untuk memberikan umpan balik dalam skala waktu yang singkat sangat penting untuk keberhasilan proyek. Jika kami melewatkan jendela sempit itu, kami harus menunggu satu tahun lagi.”

Sulit untuk menekankan model evolusi sistem biner terkini dari para astronom untuk menjelaskan bagaimana pembentukan aneh Gaia BH1 muncul. Secara khusus, bintang nenek moyang yang kemudian berubah menjadi lubang hitam yang baru ditemukan setidaknya dua puluh kali massa matahari kita. Ini berarti bahwa dia hanya akan hidup beberapa juta tahun. Jika kedua bintang terbentuk pada saat yang sama, bintang masif itu akan dengan cepat berubah menjadi supergiant, menggembungkan dan menelan bintang lain sebelum sempat menjadi bintang deret utama yang membakar hidrogen seperti Matahari kita.

Sama sekali tidak jelas bagaimana bintang bermassa matahari dapat bertahan dari cincin itu, dan berakhir sebagai bintang yang tampaknya normal, seperti yang ditunjukkan oleh pengamatan lubang hitam biner. Semua model teoretis yang memungkinkan untuk bertahan hidup memprediksi bahwa bintang bermassa matahari seharusnya berakhir di orbit yang lebih rapat daripada yang sebenarnya diamati.

Ini mungkin menunjukkan kesenjangan penting dalam pemahaman kita tentang bagaimana lubang hitam terbentuk dan berevolusi dalam sistem biner, serta menunjukkan keberadaan kelompok lubang hitam aktif yang belum dijelajahi dalam biner.

“Menariknya, sistem ini tidak dapat dengan mudah diadaptasi oleh model evolusi biner standar,” pungkas Al-Badri. “Ini menimbulkan banyak pertanyaan tentang bagaimana sistem biner ini terbentuk, serta berapa banyak lubang hitam yang bersembunyi di sana.”

“Sebagai bagian dari jaringan ruang angkasa dan observatorium berbasis darat, Gemini North tidak hanya memberikan bukti kuat untuk lubang hitam terdekat hingga saat ini, tetapi juga menyediakan sistem lubang hitam asli pertama, yang tersusun dalam gas panas biasa yang berinteraksi dengan lubang hitam. lubang,” kata Martin Steele, pejabat Program Gemini untuk NSF Foundation. “Sementara ini berpotensi memberi pertanda penemuan masa depan dari cluster lubang hitam yang tidak aktif di galaksi kita, pengamatan juga meninggalkan misteri yang harus dipecahkan – terlepas dari sejarah yang sama dengan tetangga aliennya, mengapa bintang pendamping dalam sistem biner ini begitu normal?”

Referensi: “Bintang seperti matahari yang mengorbit lubang hitam” oleh Karim Badri, Hans Walter Rex, Elliot Quatert, Andrew W. Howard, Howard Isaacson, Jim Fuller, Keith Hawkins, Katelyn Breivik, Kazi WK Wong, Antonio C. Rodriguez, Charlie Conroy, Glamour Shahav, Tsvi Mazeh, Frédéric Arino, Kevin B. Berdge, Dolev Bachi, Simchon Weigler, Daniel R. Weisz, Rhys Seiberger, Silvia Almada Münter dan Jennifer Wuino, 2 November 2022, Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stac3140

Catatan Gemini North dilakukan sebagai bagian dari Program Perkiraan Waktu Direktur (ID Program: GN-2022B-DD-202).

Observatorium Internasional Gemini dioperasikan oleh kemitraan enam negara, termasuk Amerika Serikat melalui National Science Foundation, Kanada melalui Dewan Riset Nasional Kanada, Chili melalui Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo, Brasil melalui Kementerian Sains dan Teknologi. e Inovaes, Argentina melalui Ministerio de Ciencia, Tecnologia e Innovación, dan Korea melalui Institut Astronomi dan Ilmu Antariksa Korea. Para peserta ini dan Universitas Hawaii, yang memiliki akses reguler ke Gemini, masing-masing memelihara “Gemini National Office” untuk mendukung pengguna lokal.