Bintik sinar x memutar lubang hitam melintasi lautan kosmik

Credit: NASA/CXC/Univ. of Oklahoma/X. Dai et al.

Seperti pusaran air di lautan, memutar lubang hitam di ruang angkasa menciptakan semburan yang berputar-putar di sekitar mereka.  Namun, lubang hitam tidak menciptakan pusaran angin atau air.  Sebaliknya, mereka menghasilkan cakram gas dan debu yang dipanaskan hingga ratusan juta derajat yang bersinar dalam sinar-X.

Menggunakan data dari Chandra X-ray Observatory NASA dan penyelarasan kebetulan di miliaran tahun cahaya, para astronom telah menggunakan teknik baru untuk mengukur putaran lima lubang hitam supermasif.  Materi dalam salah satu vortisitas kosmik ini berputar di sekitar lubang hitamnya dengan kecepatan lebih dari 70% dari kecepatan cahaya.

Para astronom mengambil keuntungan dari fenomena alam yang disebut lensa gravitasi.  Dengan keselarasan yang tepat, pembengkokan ruang-waktu oleh objek besar, seperti galaksi besar, dapat memperbesar dan menghasilkan banyak gambar dari objek yang jauh, seperti yang diprediksi oleh Einstein.

Dalam penelitian terbaru ini, para astronom menggunakan Teleskop sinar x Chandra dan lensa gravitasi untuk mempelajari enam quasar, masing-masing terdiri dari lubang hitam supermasif yang dengan cepat mengonsumsi materi dari piringan akresi di sekitarnya.  Lensa gravitasi dari cahaya dari masing-masing quasar ini oleh galaksi intervensi telah menciptakan banyak gambar dari masing-masing quasar, seperti yang ditunjukkan oleh gambar Chandra dari empat target.  Kemampuan pencitraan yang tajam dari Chandra diperlukan untuk memisahkan banyak, gambar lensa dari masing-masing quasar.

Kemajuan kunci yang dibuat oleh para peneliti dalam studi ini adalah bahwa mereka mengambil keuntungan dari "microlensing," di mana masing-masing bintang di galaksi lensa, memberikan perbesaran cahaya tambahan dari quasar.  Pembesaran yang lebih tinggi berarti daerah yang lebih kecil menghasilkan emisi sinar-X.

Para peneliti kemudian menggunakan properti bahwa lubang hitam yang berputar menyeret ruang di sekitarnya dan memungkinkan materi untuk mengorbit lebih dekat ke lubang hitam daripada yang dimungkinkan untuk lubang hitam yang tidak berputar.  Oleh karena itu, wilayah pemancar yang lebih kecil sesuai dengan orbit yang ketat umumnya menyiratkan lubang hitam yang lebih cepat berputar.  Para penulis menyimpulkan dari analisis microlensing mereka bahwa sinar-X berasal dari daerah yang sangat kecil sehingga lubang hitam harus berputar dengan cepat.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa salah satu lubang hitam, dalam quasar lensa yang disebut "Einstein Cross," berputar pada, atau hampir pada, tingkat maksimum yang dimungkinkan.  Ini sesuai dengan horizon peristiwa, titik lubang hitam tidak bisa kembali, berputar dengan kecepatan cahaya, yaitu sekitar 670 juta mil per jam.  Empat lubang hitam lain dalam sampel berputar, rata-rata, sekitar setengah dari tingkat maksimum ini.  (Tanggal 6 tidak memungkinkan perkiraan putaran.)

Untuk Einstein Cross, emisi sinar-X berasal dari bagian cakram yang kurang dari 2,5 kali ukuran cakrawala peristiwa, dan untuk 4 quasar lainnya sinar-X datang dari suatu wilayah empat hingga lima kali ukurannya.  dari horizon acara.

Bagaimana lubang hitam ini berputar begitu cepat?  Para peneliti berpikir bahwa lubang hitam supermasif ini kemungkinan tumbuh dengan mengakumulasi sebagian besar materi mereka selama miliaran tahun dari piringan akresi berputar dengan orientasi dan arah putaran yang sama, bukan dari arah acak.  Seperti komidi putar yang terus didorong ke arah yang sama, lubang hitam terus menambah kecepatan.

Sinar-X yang terdeteksi oleh Chandra diproduksi ketika piringan akresi yang mengelilingi lubang hitam menciptakan awan jutaan derajat, atau korona, di atas piringan di dekat lubang hitam.  Sinar-X dari korona ini memantulkan tepi bagian dalam piringan akresi, dan gaya gravitasi yang kuat di dekat lubang hitam mengubah spektrum sinar-X yang dipantulkan, yaitu jumlah sinar-X yang terlihat pada energi yang berbeda.  Distorsi besar yang terlihat dalam spektrum sinar-X dari quasar yang dipelajari di sini menyiratkan bahwa tepi bagian dalam disk harus dekat dengan lubang hitam, memberikan bukti lebih lanjut bahwa mereka harus berputar dengan cepat.

Quasar terletak pada jarak mulai dari 8,8 miliar hingga 10,9 miliar tahun cahaya dari Bumi, dan lubang hitam memiliki massa antara 160 dan 500 juta kali lipat dari matahari.  Pengamatan ini adalah yang terpanjang yang pernah dilakukan dengan Chandra dari quasar lensa gravitasi, dengan total waktu paparan berkisar antara 1,7 dan 5,4 hari.

Sumber: phys.org