Lubang hitam adalah antara objek yang paling menarik di alam semesta, namun ia tetap sukar difahami kerana sangat padat, dan graviti mereka begitu kuat sehingga cahaya bahkan tidak dapat melepaskan diri dari genggaman mereka. Untuk mengungkap lubang hitam yang bersembunyi di seluruh kosmos, para penyelidik telah beralih ke bidang penyelidikan yang muncul yang dikenali sebagai astronomi gelombang graviti.
Gelombang graviti adalah penyimpangan, atau riak, dalam struktur ruang dan waktu yang dihasilkan oleh pergerakan objek besar-besaran. Pada tahun 2015, ahli astronomi mengesan pergerakan gelombang graviti buat pertama kalinya menggunakan teleskop Observatorium Gelombang Gelombang Interferometer Laser (LIGO) berasaskan Bumi di Louisiana dan Washington. Dalam kes ini, riak dihasilkan oleh pertembungan ganas dua lubang hitam besar yang mengorbit yang dikenali sebagai binari lubang hitam.
Dengan menggunakan LIGO dan teknologi pemerhatian lain, kajian baru bertujuan untuk melukis gambaran lubang hitam yang lebih lengkap - khususnya yang tergolong dalam kategori yang lebih kabur yang dikenali sebagai lubang hitam jisim pertengahan (IMBH).
"Semasa saya bergabung dengan LIGO, saya menyedari bahawa simulasi relativistik umum lubang hitam selama bertahun-tahun dapat dibawa untuk mengembangkan perburuan astrofizik IMBH baru," kata Karan Jani, ahli astrofizik dari Universiti Vanderbilt dan pengarang utama kajian itu, kepada Space. com
IMBH jatuh di antara supermasif - sekurang-kurangnya sejuta kali lebih besar daripada matahari kita - dan lubang hitam berjisim bintang - lebih kecil, tetapi masih lima hingga 50 kali lebih besar daripada jisim matahari kita.
"IMBH sangat istimewa dalam dekad pertama astronomi gelombang graviti. Di antara setiap sumber astrofizik yang diketahui yang memancarkan gelombang graviti, kami melaporkan bahawa kedua LIGO dan LISA [Laser Interferometer Space Antena] paling sensitif terhadap penggabungan IMBH," kata Jani. "Dengan dua eksperimen ini, kita dapat meninjau semua binari IMBH di alam semesta secara praktikal."
Bagaimanapun, ahli astronomi belum dapat mengesan secara langsung lubang hitam bersaiz sederhana yang sukar difahami ini, tambah Jani. Oleh itu, pendekatannya adalah untuk mengkaji frekuensi gelombang graviti yang dipancarkan oleh lubang hitam untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik mengenai aktiviti IMBH.
"Seperti orkestra simfoni memancarkan suara di sebilangan frekuensi, gelombang graviti yang dipancarkan oleh lubang hitam berlaku pada frekuensi dan waktu yang berlainan," kata Jani dalam satu pernyataan dari Universiti Vanderbilt. "Sebilangan frekuensi ini adalah lebar jalur yang sangat tinggi, sementara yang lain adalah lebar jalur rendah, dan tujuan kami pada era astronomi gelombang graviti berikutnya adalah untuk menangkap pemerhatian multibad kedua frekuensi ini untuk 'mendengar keseluruhan lagu,' sebagai itu, ketika datang ke lubang hitam. "
IMBH dipercayai benih dari mana lubang hitam supermasif tumbuh. Contohnya, lubang hitam boleh tumbuh dengan menelan lubang hitam yang lain. Di wilayah bahan yang dipasang di sekitar lubang hitam, juga dikenal sebagai cakera penambahan, daya graviti yang kuat menarik gas, bintang, debu dan lubang hitam yang berdekatan. Apa-apa bahan yang terlalu dekat berisiko diambil melintasi cakrawala peristiwa - titik di mana ia tidak dapat melepaskan diri dari tarikan graviti lubang hitam.
"Sebaik sahaja IMBH menjebak lubang hitam lain di sekitarnya, akan ada sinaran gravitasi yang melimpah," kata Jani kepada Space.com. "LIGO dapat menangkap sinaran ini pada saat lubang hitam ini bertembung."
Misi LISA yang dicadangkan - yang diketuai bersama oleh Badan Angkasa Eropah dan NASA - akan dapat mengesan dan mengukur gelombang graviti frekuensi rendah dengan tepat, yang mencabar bagi pengesan berasaskan Bumi, kerana gerakan seismik planet kita atau bahkan getaran dari lulus kereta. Dirancang untuk dilancarkan pada tahun 2034, LISA akan menjadi pengesan gelombang graviti berasaskan ruang angkasa yang pertama.
"Dengan misi LISA, kajian kami mendapati bahawa radiasi dari IMBH dapat direkodkan sekurang-kurangnya beberapa tahun sebelum perlanggaran mereka," kata Jani. "Sinaran ini secara harfiah adalah ruang-waktu yang cacat tepat di luar cakrawala peristiwa IMBH. Tidak seperti isyarat radio atau sinar-X, radiasi graviti tidak kehilangan maklumat kerana ia melakukan perjalanan berbilion tahun cahaya sebelum sampai ke kita."
Oleh itu, dengan menggabungkan pemerhatian dari pengesan LIGO, yang menangkap gelombang graviti frekuensi tinggi, dan pengesan masa depan seperti misi LISA, yang akan mengukur gelombang graviti frekuensi rendah, para penyelidik berharap dapat mengisi jurang dalam pemahaman lubang hitam semasa.
Kajian mereka diterbitkan pada 18 November di jurnal Nature Astronomy.
- Imej: Lubang Hitam Alam Semesta
- Lubang Hitam yang Bertembung Mungkin Menyanyikan Lagu Graviti yang berbeza
- Ikuti Perjalanan Simfoni ke Lubang Hitam dengan 'Metacosmos'
