Para astronom tidak berharap melihat cakram tipis di sekitar lubang hitam supermasif di pusat galaksi NGC 3147, sekitar 130 juta tahun cahaya. Mereka menggunakan teori relativitas Einstein untuk memahami kecepatan yang terlibat, dan intensitas tarikan lubang hitam.
Kiri, gambar Teleskop Luar Angkasa Hubble dari galaksi spiral NGC 3147, terletak 130 juta tahun cahaya ke arah konstelasi Draco utara. Benar, ilustrasi seorang seniman tentang lubang hitam supermasif yang berada di inti galaksi. Lubang hitam monster ini beratnya sekitar 250 juta kali massa matahari kita. Namun lubang hitam NGC 3147 relatif tenang, dan para astronom tidak berharap menemukan cakram tipis. Gambar melalui NASA (gambar Hubble: NASA / ESA / S. Bianchi, A. Laor, dan M. Chiaberge. Ilustrasi: NASA / ESA / A. Feild / L. Hustak).
Para astronom yang menggunakan Teleskop Luar Angkasa Hubble mengatakan awal bulan ini bahwa mereka telah menemukan piringan tipis dari bahan yang seharusnya tidak ada di sana, berputar-putar di sekitar lubang hitam supermasif di jantung galaksi spiral sekitar 130 juta tahun cahaya. Para astronom tidak berharap melihat cakram di sekitar lubang hitam di pusat galaksi NGC 3147. Galaksi ini diduga berisi contoh hebat dari sebuah lubang hitam supermasif diam, salah satu yang tidak "memakan" material dalam jumlah besar yang berputar-putar di dalamnya dari disk yang menyertainya. Namun, ternyata, disk itu ada. Itu tampak seperti jenis disk yang sama - dalam kasus lubang hitam yang cukup banyak di galaksi lain - telah terlihat menghasilkan suar yang cemerlang yang disebut quasar. Tetapi tidak ada quasar di sini. Lubang hitam pusat sepi. Jadi ... sebuah misteri!
Penulis pertama studi ini, Stefano Bianchi dari Università degli Studi Roma Tre di Roma, Italia (@astrobianchi on), mengatakan dalam sebuah pernyataan:
Jenis disk yang kita lihat adalah quasar yang diperkecil yang tidak kita duga ada. Ini jenis disk yang sama dengan yang kita lihat pada objek yang 1.000 atau bahkan 100.000 kali lebih bercahaya. Prediksi model saat ini untuk dinamika gas di galaksi aktif yang sangat redup jelas gagal.
Namun tim sangat senang dengan penemuan ini. Ini memberi mereka kesempatan untuk menjelajahi fisika lubang hitam dan cakram mereka dengan lebih teliti. Plus, kata mereka, lubang hitam dan penawaran disk-nya:
... kesempatan unik untuk menguji teori relativitas Albert Einstein. Relativitas umum menggambarkan gravitasi sebagai lengkungan ruang, dan relativitas khusus menggambarkan hubungan antara ruang dan waktu.
Makalah tim diterbitkan 11 Juli 2019, dalam jurnal peer-review Pemberitahuan Bulanan dari Royal Astronomical Society.
Mengapa para astronom tidak mengharapkan piringan black hole ini? Bukankah lubang hitam biasanya dikelilingi oleh disk seperti ini? Tidak persis. Lubang hitam supermasif sentral di galaksi seperti NGC 3147 bagi para astronom tampak "kurang gizi." Itu diduga karena tidak ada cukup bahan yang ditangkap secara gravitasi untuk memberi makan mereka secara teratur. NASA menjelaskan:
Jadi, kabut tipis dari material yang mengembang menjadi seperti donat daripada mendatar di cakram berbentuk panekuk. Oleh karena itu, sangat membingungkan mengapa ada cakram tipis yang mengelilingi lubang hitam yang kelaparan di NGC 3147 yang meniru cakram yang jauh lebih kuat yang ditemukan di galaksi yang sangat aktif dengan lubang hitam raksasa yang membesar.
Para astronom awalnya memilih galaksi ini untuk memvalidasi model-model yang diterima yang menjelaskan galaksi-galaksi seperti NGC 3147, mereka yang memiliki lubang hitam pada bahan makanan yang sedikit jumlahnya. Salah satu astronom yang terlibat dalam penelitian ini - Ari Laor dari Technion-Israel Institute of Technology yang berlokasi di Haifa, Israel - berkomentar dalam sebuah pernyataan:
Kami pikir ini adalah kandidat terbaik untuk mengkonfirmasi bahwa di bawah luminositas tertentu, disk akresi tidak ada lagi. Apa yang kami lihat adalah sesuatu yang sama sekali tidak terduga. Kami menemukan gas yang menghasilkan fitur yang dapat kami jelaskan hanya sebagai diproduksi oleh material yang berputar di cakram tipis yang sangat dekat dengan lubang hitam.
Konsep seniman tentang cakram lubang hitam di sekitar galaksi NGC 3147. Pengamatan Hubble Space Telescope terhadap lubang hitam menunjukkan 2 teori relativitas Einstein. Gambar melalui NASA.
Para astronom ini mengatakan galaksi ini, lubang hitam dan cakram misteriusnya memberi mereka kesempatan untuk menggunakan teori relativitas Einstein untuk mengeksplorasi proses dinamis yang dekat dengan lubang hitam. Massa lubang hitam diperkirakan sekitar 250 juta matahari; itu berbeda dengan 4 juta matahari untuk black hole pusat diam di pusat galaksi Bima Sakti kita sendiri. Bianchi berkata:
Ini adalah pengintipan yang menarik pada cakram yang sangat dekat dengan lubang hitam, begitu dekat sehingga kecepatan dan intensitas tarikan gravitasi mempengaruhi bagaimana foton cahaya terlihat. Kita tidak dapat memahami data kecuali kita memasukkan teori relativitas.
Dalam ilustrasi di atas, fitur kuning kemerahan berputar-putar di sekitar lubang hitam mewakili cahaya cahaya dari gas yang terperangkap oleh gravitasi kuat lubang. Material jam Hubble berputar-putar di sekitar lubang hitam karena bergerak lebih dari 10 persen dari kecepatan cahaya. NASA menjelaskan:
Lubang hitam tertanam jauh di dalam bidang gravitasinya, ditunjukkan oleh kisi hijau yang menggambarkan ruang yang bengkok. Medan gravitasi begitu kuat sehingga cahaya berjuang untuk memanjat keluar, sebuah prinsip yang dijelaskan dalam teori relativitas umum Einstein. Materi juga mencambuk begitu cepat di sekitar lubang hitam yang mencerahkan saat mendekati Bumi di satu sisi disk dan semakin redup saat bergerak menjauh. Efek ini, yang disebut berseri relativistik, diprediksi oleh teori relativitas khusus Einstein.
Anggota tim Marco Chiaberge berkomentar:
Kami belum pernah melihat efek relativitas umum dan khusus dalam cahaya tampak dengan kejernihan setinggi ini.
Intinya: Para astronom tidak berharap melihat cakram tipis di sekitar lubang hitam supermasif di pusat galaksi NGC 3147. Mereka mengatakan penemuan itu membantu mereka menyelidiki fisika lubang hitam dan cakram mereka. Kecepatan yang terlibat, dan intensitas tarikan gravitasi lubang itu sendiri, memerlukan teori relativitas Einstein untuk memahami apa yang terjadi dalam sistem yang jauh ini, 130 juta tahun cahaya jauhnya.