Sebuah lubang hitam yang luar biasa – tidak seperti yang lain – telah ditemukan di galaksi tetangga

Kesan artis ini tentang lubang hitam. Kredit: ESA/Hubble, ESO, M. Kornmesser

Penemuan ini, satu-satunya lubang hitam bermassa sedang yang dikonfirmasi, tinggal di objek yang sama langkanya yang dikenal sebagai inti telanjang bermassa rendah.

Para astronom menemukan Lubang hitam Tiada bandingan. Pada seratus ribu massa matahari, mereka lebih kecil dari lubang hitam yang kami temukan di pusat galaksi, tetapi lebih besar dari lubang hitam yang lahir saat bintang meledak. Ini menjadikannya satu-satunya lubang hitam bermassa sedang yang dikonfirmasi, sesuatu yang telah lama dicari oleh para astronom.

“Kami memiliki penemuan yang sangat bagus tentang lubang hitam bermassa bintang terbesar yang berukuran hingga 100 kali ukuran matahari kita, dan lubang hitam supermasif di pusat galaksi yang berukuran jutaan kali ukuran matahari kita, tetapi tidak ada pengukuran warna hitam di antara ini,” kata penulis senior Anil Seth, profesor astronomi Universitas Utah dan rekan penulis studi tersebut, “Ini adalah celah yang sangat besar.” “Penemuan ini mengisi kekosongan.”

Galaksi Andromeda, atau M31, adalah galaksi terbesar di Bima Sakti. Kredit: NASA/JPL-Caltech

Lubang hitam itu tersembunyi di dalam B023-G078, sebuah gugus bintang masif di galaksi tetangga terdekat kita, Andromeda. Lama diyakini sebagai gugus bintang globular, para peneliti berpendapat bahwa B023-G078 bukan inti telanjang. Inti telanjang adalah sisa-sisa galaksi kecil yang jatuh ke galaksi yang lebih besar dan bintang terluarnya dilucuti oleh gaya gravitasi. Yang tersisa adalah inti kecil dan padat yang mengorbit galaksi yang lebih besar dan di pusat inti itu, sebuah lubang hitam.

“Sebelumnya, kami telah menemukan lubang hitam supermasif di dalam inti abstrak masif yang jauh lebih besar dari B023-G078. Kami mengetahui bahwa pasti ada lubang hitam yang lebih kecil,” kata penulis utama Rinuka Besheti dari Liverpool John Moores University, yang memulai penelitian saat berada di Amerika Serikat dalam inti bermassa rendah, tetapi tidak ada bukti langsung apa pun.

itu belajar adalah Diposting pada 11 Januari 2022, di Jurnal Astrofisika.

Panel kiri menunjukkan gambar skala besar M31 dengan kotak merah dan sisipan yang menunjukkan lokasi dan gambar B023-G78 tempat lubang hitam ditemukan. Kredit: Ivan der, https://www.astroeder.com/; HST ACS / HRC

Sebuah firasat yang bertahan selama beberapa dekade

B023-G078 dikenal sebagai gugus bintang globular masif – sekelompok bintang globular yang terikat kuat oleh gravitasi. Namun, hanya satu pengamatan objek telah menentukan massa totalnya, sekitar 6,2 juta massa matahari. Selama bertahun-tahun, Seth merasa dia adalah sesuatu yang lain.

“Saya tahu objek B023-G078 adalah salah satu objek paling masif di Andromeda, dan saya pikir itu bisa menjadi kandidat inti abstrak. Tapi kami membutuhkan data untuk membuktikannya,” kata Seth. Selalu saran saya.” menemukan lubang hitam supermasif di dalam inti telanjang pada tahun 2014, Observatorium Gemini memberi kami kesempatan untuk mengeksplorasi ide tersebut.”

Dengan data pengamatan baru mereka dari Observatorium Gemini dan gambar dari Teleskop Luar Angkasa HubblePechetti, Seth dan tim mereka menghitung bagaimana massa didistribusikan di dalam objek dengan memodelkan profil cahayanya. Cluster bola memiliki profil optik karakteristik dengan bentuk yang sama di dekat pusat seperti di daerah luar. B023-G078 berbeda. Cahaya di tengah lebih bulat dan kemudian lebih datar, bergerak ke luar. Komposisi kimia bintang-bintang juga berubah, dengan bintang-bintang memiliki unsur-unsur yang lebih berat di bagian tengah daripada di dekat tepi objek.

Gugus bintang globular pada dasarnya terbentuk pada waktu yang sama. Sebaliknya, inti telanjang ini dapat berisi cincin formasi yang sering, di mana gas jatuh ke pusat galaksi, membentuk bintang. Dan gugus bintang lainnya dapat ditarik ke pusat oleh gaya gravitasi galaksi,” kata Seth. “Ini semacam gurun untuk banyak hal yang berbeda. Jadi, bintang di inti telanjang akan lebih kompleks daripada di gugus bola. Dan itulah yang kami lihat di B023-G078.”

Para peneliti menggunakan distribusi massa tubuh untuk memprediksi seberapa cepat bintang harus bergerak di lokasi tertentu dalam massa dan membandingkannya dengan data mereka. Bintang-bintang dengan kecepatan tertinggi mengorbit di sekitar pusat. Ketika mereka membangun sebuah model tanpa memasukkan lubang hitam, bintang-bintang di tengahnya sangat lambat dibandingkan dengan pengamatan mereka. Ketika mereka menambahkan lubang hitam, mereka mendapatkan kecepatan yang sesuai dengan data. Lubang hitam menambah bukti bahwa objek ini adalah inti abstrak.

“Kecepatan bintang yang kita dapatkan memberi kita bukti langsung bahwa ada semacam massa gelap tepat di tengahnya,” kata Pechetti. “Sangat sulit bagi gugus bola untuk membentuk lubang hitam besar. Tetapi jika mereka berada di inti yang telanjang, maka pasti ada lubang hitam, yang tersisa sebagai sisa-sisa galaksi yang lebih kecil yang jatuh ke yang lebih besar.”

Para peneliti berharap untuk menemukan lebih banyak inti telanjang yang mungkin mengandung lubang hitam bermassa menengah. Ini adalah kesempatan untuk mempelajari lebih lanjut tentang populasi lubang hitam di pusat galaksi bermassa rendah, dan untuk mempelajari bagaimana galaksi dibangun dari blok bangunan yang lebih kecil.

“Kita tahu bahwa galaksi besar umumnya terbentuk dari penggabungan galaksi yang lebih kecil, tetapi inti telanjang ini memungkinkan kita untuk menguraikan detail interaksi sebelumnya,” kata Seth.

Referensi: “Terdeteksi 100.000 M_⊙. Black Hole in M31’s Most Massive Globular Cluster: A Tidally Stripped Nucleus” oleh Renuka Pechetti, Anil Seth, Sebastian Kamann, Nelson Caldwell, Jay Strader, Mark den Brok, Nora Luetzgendorf, Nadine Neumayer, dan Karina Voggel, 11 Januari 2022, Jurnal Astrofisika.
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac339f

Penulis lain termasuk Sebastian Kaman dari Liverpool John Moores University. Nelson Caldwell, Pusat Astrofisika Harvard-Smithsonian; Jay Strader, Universitas Negeri Michigan; Mark Den Bruck, Institut Leibniz untuk Astrofisika, Potsdam; Nora Lutzgendorf, Badan Antariksa Eropa; Nadine Neumayer, Institut Astronomi Max Planck; dan Karina Vogel, Observatorium Astronomi di Strasbourg.