Lubang hitam membengkokkan pemahaman kita tentang Alam Semesta dan undang-undang fizik. Ketika lubang hitam berputar, ia menyeret ruang sekitarnya dengannya, dan memberi peluang kepada para astronom untuk mengkaji beberapa ramalan Einstein mengenai relativiti.
Kewujudan lubang hitam mungkin merupakan ramalan paling menarik dari Teori Relativiti Umum Einstein. Apabila mana-mana jisim, seperti bintang, menjadi lebih padat daripada had tertentu, graviti sendiri menjadi begitu kuat sehingga objek itu runtuh ke titik tunggal, lubang hitam. Dalam fikiran yang popular, sumur graviti yang sangat besar ini adalah tempat di mana perkara-perkara aneh berlaku. Dan sekarang, pasukan yang diketuai Pusat Astrofizik telah mengukur lubang hitam berjisim berputar dengan begitu pantas - berpusing lebih dari 950 kali sesaat - sehingga mendorong had kelajuan yang diramalkan untuk putaran.
"Saya akan mengatakan bahawa rejim graviti ini jauh dari pengalaman langsung dan mengenal dunia subatomik itu sendiri," kata ahli astronomi CfA, Jeffrey McClintock.
Menerapkan teknik untuk mengukur putaran yang dikembangkan bersama oleh McClintock dan ahli astrofizik CfA, Ramesh Narayan, pasukan menggunakan data satelit Timi Explorer Rossi X-ray NASA untuk memberikan penentuan paling langsung namun mengenai putaran lubang hitam.
McClintock dan Narayan mengetuai kumpulan antarabangsa yang terdiri daripada Rebecca Shafee, Jabatan Fizik Universiti Harvard; Ronald Remillard, Pusat Kavli untuk Astrofizik dan Penyelidikan Angkasa, MIT; Shane Davis, University of California, Santa Barbara, dan Li-Xin Li, Institut Astrofizik Max-Planck, Jerman, dalam penyelidikan ini. Hasilnya diterbitkan dalam terbitan Astrophysical Journal terbitan hari ini.
"Kami sekarang mempunyai nilai yang tepat untuk kadar putaran tiga lubang hitam," kata McClintock. "Yang paling menarik adalah hasil kami untuk mikroquasar GRS1915 + 105, yang mempunyai putaran antara 82% dan 100% dari nilai maksimum teoritis."
"Hasil ini mempunyai implikasi besar untuk menjelaskan bagaimana lubang hitam memancarkan jet, untuk memodelkan kemungkinan sumber ledakan sinar gamma, dan untuk mengesan gelombang gravitasi," kata ahli teori Narayan.
Mengapa ahli astronomi mementingkan putaran?
"Dalam astronomi, lubang hitam sepenuhnya digambarkan oleh hanya dua nombor yang menentukan jisimnya dan seberapa cepat ia berputar," kata McClintock. "Kami tidak tahu yang lain yang sederhana ini kecuali untuk zarah asas seperti elektron atau quark."
Walaupun ahli astronomi berjaya mengukur jisim lubang hitam, mereka merasa lebih sukar untuk mengukur parameter asas kedua lubang hitam, putarannya.
"Memang, hingga tahun ini, tidak ada perkiraan putaran yang dapat dipercaya untuk lubang hitam mana pun," kata Narayan.
Graviti lubang hitam begitu kuat sehingga, ketika lubang hitam berputar, ia menyeret ruang sekitarnya. Tepi lubang berputar ini disebut cakerawala peristiwa. Sebarang bahan yang melintasi cakrawala peristiwa ditarik ke dalam lubang hitam.
"Frekuensi putaran lubang hitam yang kami ukur adalah kadar di mana ruang-waktu berputar, atau diseret, tepat di cakrawala peristiwa lubang hitam," kata Narayan.
Lubang hitam berkelajuan tinggi, GRS 1915, adalah lubang hitam binari 20 sinar-X yang paling besar yang mana jisimnya sekarang diketahui, beratnya sekitar 14 kali lebih banyak daripada Matahari. Ia terkenal dengan sifat unik seperti mengeluarkan jirim pada hampir kelajuan cahaya dan variasi cepat dalam pancaran sinar-X-nya.
Sejak beberapa dekad yang lalu, puluhan lubang hitam telah ditemui dalam sistem binari sinar-X. Binari sinar-X adalah sistem di mana dua objek mengorbit satu sama lain, dengan gas dari satu - bintang normal seperti Matahari - dipindahkan secara stabil ke yang lain - dalam kes ini, lubang hitam. Gas berputar ke lubang hitam dengan proses yang disebut penambahan. Ketika berputar, ia memanaskan hingga berjuta-juta darjah dan memancarkan sinar-X. Pasukan ini menggunakan spektrum sinar-X cakera penambahan lubang hitam untuk menentukan putarannya.
Teknik ini berdasarkan ramalan utama teori relativiti: gas yang masuk ke lubang hitam hanya memancar ke jari-jari tertentu yang terletak di luar lubang hitam - di luar cakrawala kejadiannya. Di dalam radius ini, gas jatuh ke dalam lubang terlalu cepat untuk menghasilkan banyak sinaran. Jejari kritikal bergantung pada putaran lubang hitam, jadi mengukur jejari ini memberikan anggaran langsung putaran. Semakin kecil jejari, semakin panas sinar-X yang dipancarkan dari cakera. Suhu sinar-X, ditambah dengan kecerahan sinar-X, memberikan radius yang, pada gilirannya, memberikan kadar putaran lubang hitam.
"Sangat hebat dapat mengukur sesuatu yang mendasar ini," kata Rebecca Shafee, yang merupakan pelajar siswazah di Jabatan Fizik di Universiti Harvard. "Kaedah kami sangat mudah dalam konsep dan mudah difahami. Kami benar-benar bernasib baik kerana memiliki observatorium sinar-X yang kuat seperti Penjelajah Waktu sinar-X Rossi di angkasa dan teleskop di Bumi untuk melakukan pengukuran yang kami perlukan. "
Pencarian penyebab letupan sinar gamma, yang dapat, sekejap-sekejap, menjadi kilatan paling terang di alam semesta, mungkin dibantu oleh hasil pasukan. Ahli astrofizik teori Stan Woosley dari University of California, Santa Cruz, telah memodelkan letusan sinar gamma berdasarkan kejatuhan bintang besar. Model-model ini, bagaimanapun, bergantung pada keberadaan lubang hitam dengan putaran yang sangat tinggi, yang hingga kini tidak pernah dapat disahkan.
"Ini sangat penting," kata Woosley. "Saya tidak tahu pengukuran seperti itu dapat dilakukan."
Makalah ini menyimpulkan bahawa GRS 1915 dan dua lubang hitam lain yang dikaji oleh pasukan dilahirkan dengan putaran tinggi mereka. Maksudnya, inti bintang besar yang runtuh itu mengalirkan momentum sudut ke lubang hitam.
"Sejak masyarakat mengetahui bertahun-tahun yang lalu bagaimana mengukur jisim lubang hitam, mengukur putaran telah menjadi tongkat suci di bidang ini," kata McClintock. "Teknik yang kami gunakan pada GRS 1915 dapat diterapkan pada sejumlah binari sinar-X lubang hitam yang lain. Kami tidak sabar untuk melihat apa yang kami dapati! ''
"Salah satu harapan kami adalah sistem lubang hitam yang kami kaji juga akan dipelajari oleh kumpulan lain menggunakan kaedah kegemaran mereka untuk mengukur putaran," kata Narayan. "Setelah kaedah lain dikembangkan lebih jauh dan menjadi lebih dipercayai, perbandingan silang hasil dari kaedah yang berbeza akan menjadi sangat menarik."
Sumber Asal: Siaran Berita CfA
