Kredit gambar: ESO
Sekumpulan ahli astronomi telah melihat bintang yang tidak normal membuat hantaran dekat dengan lubang hitam supermasif yang bersembunyi di tengah galaksi Bima Sakti kita. Pada pendekatan terdekatnya, bintang itu hanya berjarak 17 jam cahaya dari lubang hitam (tiga kali jarak Matahari ke Pluto). Imej rantau ini dikumpulkan selama 10 tahun menggunakan sistem optik adaptif di Paranal Observatory Eropah Selatan.
Pasukan ahli astronomi antarabangsa [2], yang diketuai oleh penyelidik di Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE), secara langsung telah melihat bintang yang normal yang mengorbit lubang hitam supermasif di pusat Galaksi Bima Sakti.
Sepuluh tahun pengukuran yang teliti telah dinobatkan oleh satu siri gambar unik yang diperoleh oleh instrumen Adaptive Optics (AO) NAOS-CONICA (NACO) [3] pada teleskop VLT YEPUN 8.2-m di Balai Cerap ESO Paranal. Ternyata awal tahun ini bintang itu menghampiri Lubang Hitam tengah dalam 17 jam cahaya - hanya tiga kali jarak antara Matahari dan planet Pluto - ketika melakukan perjalanan tidak kurang dari 5000 km / saat.
Pengukuran sebelumnya bagi halaju bintang di dekat pusat Bima Sakti dan pelepasan sinar-X yang berubah-ubah dari kawasan ini telah memberikan bukti yang paling kuat sejauh ini mengenai adanya Lubang Hitam pusat di galaksi rumah kita dan, secara implisit, bahawa jisim gelap kepekatan yang dilihat di banyak inti galaksi lain mungkin juga merupakan lubang hitam supermasif. Namun, belum mungkin untuk mengecualikan beberapa konfigurasi alternatif.
Dalam makalah terobosan yang muncul dalam jurnal penyelidikan Nature pada 17 Oktober 2002, pasukan ini melaporkan hasilnya yang menarik, termasuk gambar beresolusi tinggi yang memungkinkan menelusuri dua pertiga orbit bintang yang disebut "S2". Ia kini merupakan bintang yang paling dekat dengan sumber radio kompak dan calon lubang hitam besar "SgrA *" ("Sagittarius A") di pusat Bima Sakti. Tempoh orbit lebih dari 15 tahun.
Pengukuran baru tidak termasuk dengan keyakinan tinggi bahawa jisim gelap pusat terdiri daripada sekumpulan bintang yang tidak biasa atau zarah unsur, dan meninggalkan sedikit keraguan tentang adanya lubang hitam supermasif di pusat galaksi di mana kita tinggal.
Quasar dan Lubang Hitam
Sejak penemuan quasar (sumber radio kuasi-bintang) pada tahun 1963, ahli astrofizik telah mencari penjelasan mengenai penghasilan tenaga pada objek-objek yang paling bercahaya di Alam Semesta ini. Quasar terletak di pusat galaksi, dan dipercayai bahawa tenaga yang sangat besar yang dipancarkan oleh objek-objek ini disebabkan oleh masalah jatuh ke lubang hitam supermasif, melepaskan tenaga graviti melalui sinaran kuat sebelum bahan itu hilang selamanya ke dalam lubang (dalam terminologi fizik: "Melewati cakrawala acara" [4]).
Untuk menjelaskan pengeluaran tenaga yang luar biasa dari quasar dan galaksi aktif yang lain, kita perlu menduga kehadiran lubang hitam dengan jisim satu juta hingga beberapa bilion kali jisim Matahari. Banyak bukti telah terkumpul selama bertahun-tahun terakhir untuk menyokong model "penambahan lubang hitam" di atas untuk quasar dan galaksi lain, termasuk pengesanan kepekatan jisim gelap di wilayah tengah mereka.
Walau bagaimanapun, bukti yang jelas memerlukan pengecualian kemungkinan semua konfigurasi lubang bukan hitam yang lain dari kepekatan jisim pusat. Untuk ini, sangat mustahak untuk menentukan bentuk medan graviti yang sangat dekat dengan objek tengah - dan ini tidak mungkin untuk kuarsa jauh kerana keterbatasan teknologi teleskop yang ada sekarang.
Pusat Bima Sakti
Pusat galaksi Bima Sakti kita terletak di buruj selatan Sagittarius (The Archer) dan "hanya" 26.000 tahun cahaya jauhnya [5]. Pada gambar beresolusi tinggi, dapat dilihat ribuan bintang individu di tengah-tengah wilayah seluas satu tahun cahaya (ini sepadan dengan sekitar seperempat jarak ke "Proxima Centauri", bintang yang paling dekat dengan sistem suria) .
Dengan menggunakan gerakan bintang-bintang ini untuk menyelidiki medan graviti, pemerhatian dengan Teleskop Teknologi Baru 3.5-m (NTT) di Observatorium ESO La Silla (Chile) (dan kemudian di teleskop Keck 10-m, Hawaii, AS) di atas dekad yang lalu menunjukkan bahawa jisim sekitar 3 juta kali Matahari tertumpu dalam radius hanya 10 hari cahaya [5] dari sumber radio ringkas dan sinar-X SgrA * (“Sagittarius A”) di pusat gugusan bintang.
Ini bermaksud bahawa SgrA * adalah kemungkinan besar lubang hitam yang berpotensi dan, pada masa yang sama, ia menjadikan Pusat Galactic sebagai bukti terbaik untuk adanya lubang hitam supermasif tersebut. Walau bagaimanapun, siasatan awal tidak dapat mengecualikan beberapa konfigurasi lubang hitam yang lain.
"Kami kemudian memerlukan gambar yang lebih tajam untuk menyelesaikan masalah sama ada konfigurasi selain lubang hitam mungkin dilakukan dan kami bergantung pada teleskop ESO VLT untuk menyediakannya", jelas Reinhard Genzel, Pengarah di Institut Max-Planck untuk Fizik Ekstraterestrial ( MPE) di Garching berhampiran Munich (Jerman) dan ahli pasukan sekarang. "Instrumen NAOS-CONICA (NACO) baru, yang dibina dalam kerjasama erat antara institusi kami, Institut Astronomi Max-Planck (MPIA: Heidelberg, Jerman), ESO dan Observatori Paris-Meudon dan Grenoble (Perancis), apa yang kita perlukan untuk mengambil langkah menentukan ini ke hadapan ”.
Pemerhatian NACO pusat Bima Sakti
Instrumen NACO baru [3] dipasang pada akhir tahun 2001 di teleskop YEPUN VLT 8.2-m. Sudah semasa ujian awal, ia menghasilkan banyak gambar yang mengagumkan, beberapa di antaranya menjadi tajuk siaran akhbar ESO sebelumnya [6].
"Pemerhatian pertama tahun ini dengan NACO memberi kami gambar paling tajam dan 'terdalam' dari Bima Sakti yang pernah diambil, menunjukkan sebilangan besar bintang di kawasan itu dengan terperinci," kata Andreas Eckart dari University of Cologne, anggota pasukan antarabangsa lain yang diketuai oleh Rainer Sch? del, Thomas Ott dan Reinhard Genzel dari MPE. "Tetapi kami masih terharu dengan hasil data yang luar biasa itu!"
Menggabungkan gambar inframerah mereka dengan data radio resolusi tinggi, pasukan dapat menentukan - dalam jangka masa sepuluh tahun - kedudukan yang sangat tepat kira-kira seribu bintang di kawasan tengah berkenaan dengan sumber radio kompak SgrA *, lihat Foto PR 23c / 02.
"Ketika kami memasukkan data NACO terbaru dalam analisis kami pada Mei 2002, kami tidak dapat mempercayai pandangan kami. Bintang S2, yang merupakan yang paling dekat dengan SgrA *, baru saja melakukan gerakan pantas dekat sumber radio. Kami tiba-tiba menyedari bahawa kami benar-benar menyaksikan pergerakan bintang di orbit di sekitar lubang hitam tengah, membawanya sangat dekat dengan objek misteri itu, ”kata Thomas Ott yang sangat gembira, yang kini bekerja dalam pasukan MPE pada tesis PhDnya .
Di orbit di sekitar lubang hitam tengah
Tidak ada acara seperti ini yang pernah dirakam. Data unik ini menunjukkan dengan jelas bahawa S2 bergerak di sepanjang orbit elips dengan SgrA * pada satu fokus, iaitu S2 mengorbit SgrA * seperti Bumi mengorbit Matahari, lih. panel kanan Foto PR 23c / 02.
Data yang luar biasa juga memungkinkan penentuan parameter orbit yang tepat (bentuk, ukuran, dll.). Ternyata S2 mencapai jarak paling dekat dengan SgrA * pada musim bunga tahun 2002, ketika itu hanya 17 jam cahaya [5] dari sumber radio, atau hanya 3 kali jarak Matahari-Pluto. Ia kemudian bergerak dengan kecepatan lebih dari 5000 km / s, atau hampir dua ratus kali kelajuan Bumi di orbitnya di sekitar Matahari. Tempoh orbit adalah 15.2 tahun. Orbit agak memanjang - eksentrisiti adalah 0.87 - menunjukkan bahawa S2 berjarak sekitar 10 hari cahaya dari jisim pusat pada titik orbit paling jauh [7].
“Kami sekarang dapat menunjukkan dengan pasti bahawa SgrA * memang merupakan lokasi massa gelap tengah yang kami tahu ada. Lebih penting lagi, data baru kami telah "menyusut" dengan faktor beberapa ribu jumlah di mana berjuta-juta jisim suria itu terkandung ", kata Rainer Sch? Del, pelajar PhD di MPE dan juga pengarang pertama makalah yang dihasilkan.
Sebenarnya, pengiraan model sekarang menunjukkan bahawa anggaran terbaik bagi jisim Lubang Hitam di tengah Bima Sakti ialah 2.6? 0.2 juta kali jisim Matahari.
Tidak ada kemungkinan lain
Menurut analisis terperinci yang disajikan dalam artikel Nature, konfigurasi lain yang mungkin sebelumnya, seperti kelompok bintang neutron yang sangat padat, lubang hitam berukuran bintang atau bintang berjisim rendah, atau bahkan bola neutrino berat yang berpotensi, kini dapat dikecualikan.
Satu-satunya konfigurasi lubang hitam yang masih boleh dilaksanakan adalah bintang hipotesis zarah unsur berat yang disebut boson, yang akan kelihatan sangat mirip dengan lubang hitam. "Bagaimanapun", kata Reinhard Genzel, "walaupun bintang boson pada dasarnya mungkin, ia akan dengan cepat runtuh menjadi lubang hitam supermasif, jadi saya rasa kita telah menyelesaikan kes itu!"
Pemerhatian seterusnya
"Kebanyakan ahli astrofizik akan menerima bahawa data baru memberikan bukti yang kuat bahawa lubang hitam supermasif wujud di pusat Bima Sakti. Ini lebih mungkin membuat tafsiran lubang hitam supermasif untuk kepekatan besar jisim gelap yang dikesan di tengah banyak galaksi lain ”, kata Alvio Renzini, Saintis Program VLT di ESO.
Jadi apa yang masih perlu dilakukan? Pencarian besar seterusnya adalah untuk memahami kapan dan bagaimana lubang hitam supermasif ini terbentuk dan mengapa hampir setiap galaksi besar mengandungi satu galaksi. Pembentukan lubang hitam pusat dan galaksi tuan rumah mereka sendiri nampaknya hanya menjadi satu masalah dan sama. Memang, salah satu cabaran luar biasa yang perlu diselesaikan oleh VLT dalam beberapa tahun akan datang.
Terdapat juga sedikit keraguan bahawa pengamatan interferometrik dengan instrumen di VLT Interferometer (VLTI) dan Teleskop Binokular Besar (LBT) juga akan menghasilkan lonjakan raksasa lain dalam bidang penyelidikan yang menarik ini.
Andreas Eckart optimis: "Mungkin juga dilakukan dengan pemerhatian sinar-X dan radio dalam beberapa tahun ke depan untuk secara langsung menunjukkan adanya cakrawala peristiwa."
Sumber Asal: Siaran Berita ESO
