Lubang hitam adalah salah satu kekuatan alam yang paling hebat dan misteri. Pada masa yang sama, ini penting bagi pemahaman kita mengenai astrofizik. Bukan hanya lubang hitam hasil bintang yang sangat besar yang menjadi supernova pada akhir hayat mereka, ia juga merupakan kunci bagi pemahaman kita mengenai Relativiti Umum dan dipercayai memainkan peranan dalam evolusi kosmik.
Oleh kerana itu, para astronom telah dengan tekun berusaha membuat bancian lubang hitam di galaksi Bima Sakti selama bertahun-tahun. Walau bagaimanapun, penyelidikan baru menunjukkan bahawa ahli astronomi mungkin telah mengabaikan keseluruhan kelas lubang hitam. Ini datang dari penemuan baru-baru ini di mana sepasukan ahli astronomi mengamati lubang hitam yang terletak lebih dari tiga jisim Suria, menjadikannya lubang hitam terkecil yang ditemui setakat ini.
Kajian, "Sistem binari bintang raksasa - lubang hitam berjisim rendah yang tidak berinteraksi", baru-baru ini muncul dalam jurnal Sains. Pasukan yang bertanggungjawab diketuai oleh ahli astronomi dari Ohio State University dan termasuk anggota dari Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, The Observatories of the Carnegie Institution for Science, the Dark Cosmology Center, dan beberapa pemerhatian dan universiti.
Penemuan ini sangat penting kerana ia mengenal pasti objek yang sebelumnya tidak diketahui oleh astrofizik. Akibatnya, para saintis sekarang terpaksa mempertimbangkan semula apa yang mereka fikirkan mereka ketahui mengenai populasi lubang hitam di galaksi kita. Seperti yang dijelaskan oleh Todd Thompson, seorang profesor astronomi di The Ohio State University dan pengarang utama kajian ini:
"Kami menunjukkan petunjuk bahawa ada populasi lain di luar sana yang masih belum benar-benar menyelidiki pencarian lubang hitam. Orang cuba memahami letupan supernova, bagaimana bintang hitam supermasif meletup, bagaimana unsur-unsur terbentuk dalam bintang supermasif. Oleh itu, jika kita dapat mendedahkan populasi lubang hitam baru, ia akan memberitahu kita lebih banyak mengenai bintang mana yang meletup, mana yang tidak, yang membentuk lubang hitam, yang membentuk bintang neutron. Ini membuka bidang kajian baru. "
Oleh kerana pengaruh mereka terhadap ruang dan waktu, para astronom telah lama mencari lubang hitam dan bintang neutron. Oleh kerana mereka juga menjadi hasil apabila bintang mati, mereka juga dapat memberikan maklumat mengenai kitaran hidup bintang dan bagaimana unsur terbentuk. Untuk melakukan itu, para astronom terlebih dahulu perlu menentukan di mana lubang hitam berada di galaksi kita, yang mengharuskan mereka mengetahui apa yang harus dicari.
Salah satu cara untuk mencarinya adalah dengan mencari sistem binari, di mana dua bintang terkunci di orbit satu sama lain kerana graviti masing-masing. Apabila salah satu bintang ini mengalami keruntuhan graviti menjelang akhir hayatnya, ia akan runtuh untuk membentuk bintang neutron atau lubang hitam. Sekiranya bintang pendamping telah mencapai Fasa Cabang Merah (RBP) evolusinya, ia akan berkembang dengan pesat.
Pengembangan ini akan menyebabkan gergasi merah menjadi tunduk pada lubang hitamnya atau rakan bintang neutron. Ini akan mengakibatkan bahan ditarik dari permukaan bekas dan perlahan-lahan dimakan oleh yang terakhir. Ini dapat dibuktikan dengan panas dan sinar-x yang dipancarkan kerana bahan dari bintang ditumpangkan pada rakan lubang hitamnya.
Sehingga kini, semua lubang hitam di galaksi kita yang dikenal pasti oleh ahli astronomi adalah antara lima hingga lima belas jisim suria. Sebaliknya, bintang-bintang Neutron tidak lebih besar daripada kira-kira 2.1 jisim suria, kerana sesuatu yang lebih besar daripada 2.5 jisim suria akan runtuh untuk membentuk lubang hitam. Apabila LIGO dan Virgo bersama-sama mengesan gelombang graviti yang disebabkan oleh penggabungan lubang hitam, masing-masing adalah 31 dan 25 jisim suria.
Ini menunjukkan bahawa lubang hitam boleh berlaku di luar apa yang dianggap ahli astronomi sebagai julat normal. Seperti yang dikatakan oleh Thompson:
"Segera, semua orang seperti 'wow,' kerana itu adalah perkara yang luar biasa. Bukan hanya kerana membuktikan bahawa LIGO berjaya, tetapi kerana jumlahnya besar. Lubang hitam sebesar itu - kita belum pernah melihatnya sebelumnya. "
Penemuan ini memberi inspirasi kepada Thompson dan rakannya untuk mempertimbangkan kemungkinan ada benda yang belum ditemui yang berada di antara bintang neutron terbesar dan lubang hitam terkecil. Untuk menyiasat ini, mereka mula menggabungkan data dari Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE) - tinjauan astronomi yang mengumpulkan spektrum dari kira-kira 100,000 bintang di seluruh galaksi.
Thompson dan rakan-rakannya memeriksa spektrum ini untuk tanda-tanda perubahan yang akan menunjukkan jika bintang mungkin mengorbit objek lain. Khususnya, jika bintang menunjukkan tanda-tanda pergeseran Doppler - di mana spektrumnya akan bergantian antara beralih ke hujung yang lebih biru dan kemudian panjang gelombang yang lebih merah - ini akan menjadi petunjuk bahawa ia mungkin mengorbit teman yang tidak kelihatan.
Kaedah ini adalah salah satu kaedah yang paling berkesan dan popular untuk menentukan sama ada bintang mempunyai sistem planet yang mengorbit. Ketika planet mengorbit bintang, mereka menggunakan daya graviti di atasnya yang menyebabkannya bergerak berulang-alik. Pergeseran yang sama ini digunakan oleh Thompson dan rakannya untuk menentukan sama ada mana-mana bintang APOGEE mungkin mengorbit lubang hitam.
Ia bermula dengan Thompson menyempitkan data APOGEE kepada 200 calon yang terbukti paling menarik. Dia kemudian memberikan data tersebut kepada Tharindu Jayasinghe (rakan penyelidikan siswazah di Ohio State) yang kemudian menggunakan data dari All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN) - yang dijalankan oleh OSU dan menemui lebih dari 1.000 supernova - untuk mengumpulkan ribuan gambar setiap calon.
Ini mengungkapkan bintang merah raksasa yang kelihatan mengorbit sesuatu yang jauh lebih kecil daripada lubang hitam yang diketahui, tetapi jauh lebih besar daripada bintang neutron yang diketahui. Setelah menggabungkan hasilnya dengan data tambahan dari Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph (TRES) dan satelit Gaia, mereka menyedari bahawa mereka telah menemui lubang hitam kira-kira 3.3 kali jisim Matahari.
Hasil ini tidak hanya mengesahkan adanya kelas baru lubang hitam berjisim rendah, tetapi juga memberikan kaedah baru untuk mencari mereka. Seperti yang dijelaskan oleh Thompson:
"Apa yang kami lakukan di sini adalah dengan cara baru untuk mencari lubang hitam, tetapi kami juga berpotensi mengenal pasti salah satu yang pertama dari kelas baru lubang hitam berjisim rendah yang belum diketahui sebelumnya oleh para astronom. Banyak perkara memberitahu kita tentang pembentukan dan evolusi mereka, dan mereka memberitahu kita tentang sifatnya. "
