Para astronom mengambil gambar pertama lubang hitam supermasif Sagitarrius A* » MIT Physics

Gambar tersebut mengungkapkan cincin bercahaya berbentuk donat di jantung Bima Sakti.

Lubang hitam pada dasarnya tidak terlihat. Tarikan mereka tak terhindarkan, selamanya menjebak setiap cahaya yang jatuh ke jurang gravitasi mereka. Tapi tepat di luar titik tidak bisa kembali dari lubang hitam, cahaya tetap ada, dan polanya, seperti foto negatif, dapat mengungkapkan keberadaan lubang hitam yang mengintai.

Sekarang tim astronom internasional, termasuk peneliti di Haystack Observatory MIT, telah menangkap cahaya di sekitar lubang hitam supermasif kita sendiri, mengungkapkan untuk pertama kalinya, gambar Sagitarrius A* (Sgr A*, diucapkan ‘sadge-ay-star’ ), lubang hitam di jantung galaksi Bima Sakti.

Gambar tersebut dibuat oleh Event Horizon Telescope (EHT) — jaringan global teleskop radio yang gerakannya dikoreografikan sehingga berfungsi sebagai satu teleskop virtual seukuran planet. Para peneliti memfokuskan susunan EHT di pusat galaksi kita, 27.000 tahun cahaya dari Bumi, memotong atmosfer planet kita dan plasma turbulen di luar tata surya kita.

Gambar yang dihasilkan mengungkapkan SgrA* untuk pertama kalinya, dalam bentuk cincin cahaya berbentuk donat yang bersinar. Struktur cincin ini terletak tepat di luar cakrawala peristiwa, atau titik di mana cahaya tidak dapat lepas, dan merupakan hasil dari cahaya yang dibelokkan oleh gravitasi lubang hitam yang sangat besar. Cincin terang mengelilingi pusat gelap, digambarkan sebagai “bayangan” lubang hitam.

Plasma putih-panas cincin itu diperkirakan 10 miliar Kelvin, atau 18 miliar derajat Fahrenheit. Dilihat dari dimensi cincinnya, SgrA* kira-kira 4 juta kali massa matahari dan sangat kompak, dengan ukuran yang bisa muat dalam orbit Venus.

Gambar tersebut adalah konfirmasi visual pertama bahwa lubang hitam memang ada di pusat galaksi kita. Para astronom sebelumnya telah mengamati bintang-bintang yang berputar di sekitar objek yang tak terlihat, masif, dan sangat padat — semua tanda menunjuk ke lubang hitam supermasif. Gambar yang terungkap hari ini memberikan bukti visual pertama bahwa objek tersebut adalah lubang hitam, dengan dimensi yang sesuai dengan prediksi berdasarkan teori relativitas umum Einstein.

BACA JUGA :  Pablo Jarillo-Herrero terpilih menjadi anggota National Academy of Sciences untuk 2022 » MIT Physics

“Sangat sulit untuk merekonstruksi gambar dari susunan yang tersebar luas seperti EHT, dan ketelitian dan kecerdikan diperlukan untuk memahami dan mengukur ketidakpastian dengan benar,” kata Colin Lonsdale, direktur Observatorium Haystack MIT. “Hasilnya adalah tonggak sejarah dalam pemahaman kita tentang lubang hitam secara umum dan yang ada di pusat galaksi kita pada khususnya.”

Gambar dan analisis yang menyertainya disajikan hari ini di sejumlah makalah yang muncul dalam edisi khusus Surat Jurnal Astrofisika. Temuan ini merupakan hasil kerja lebih dari 300 peneliti dari 80 institusi, termasuk MIT, yang bersama-sama membentuk Kolaborasi Teleskop Event Horizon.

Mengejar ekor lubang hitam

Gambar baru SgrA* mengikuti gambar lubang hitam pertama, yang diperoleh EHT pada tahun 2019. Gambar terobosan tersebut adalah M87*, lubang hitam supermasif di pusat Messier 87, sebuah galaksi yang terletak 53 juta tahun cahaya dari Bumi.

M87* adalah seekor goliath dibandingkan dengan SgrA*, dengan massa 6,5 ​​miliar matahari (lebih dari 1.000 kali lebih berat dari lubang hitam kita sendiri), dan ukuran yang dapat dengan mudah menelan seluruh tata surya. Namun gambar M87* mengungkapkan struktur cincin yang cerah, seperti SgrA*. Kesamaan antara dua gambar menegaskan prediksi lain dari relativitas umum: bahwa semua lubang hitam adalah sama, tidak peduli ukurannya.

“Kami sekarang memiliki gambar konsisten yang terlihat seperti relativitas umum bekerja di kedua ujung lubang hitam supermasif,” kata anggota kolaborasi EHT Kazunori Akiyama, seorang ilmuwan peneliti di Haystack Observatory MIT.

Gambar kedua lubang hitam didasarkan pada data yang diambil oleh EHT dari masing-masing sumber pada tahun 2017. Namun, butuh lebih banyak waktu dan upaya untuk membawa SgrA* menjadi fokus, karena ukurannya yang lebih kecil dan lokasinya di dalam galaksi kita sendiri.

BACA JUGA :  Para ilmuwan melihat tanda-tanda cedera otak traumatis pada headbutting muskox

Para astronom menduga bahwa gas panas mengelilingi kedua lubang hitam dengan kecepatan yang sama, mendekati kecepatan cahaya. Karena SgrA* 1.500 kali lebih kecil dari M87*, kecepatan cahayanya jauh lebih sulit untuk diselesaikan. (Demikian pula, lebih sulit memotret seekor anjing yang mengejar ekornya daripada seekor anjing yang berlari dengan kecepatan yang sama di sekitar taman yang luas.)

Fakta bahwa SgrA* terletak di galaksi kita sendiri juga menghadirkan tantangan pencitraan. M87* berada di galaksi yang diimbangi dari galaksi kita sendiri, sehingga lebih mudah dilihat. Sebaliknya, SgrA* terletak di pusat bidang galaksi kita sendiri, yang menampung kantong-kantong gas panas, atau plasma turbulen, yang dapat mendistorsi emisi apa pun dari lubang hitam yang mencapai Bumi.

“Ini seperti mencoba melihat melalui mesin jet yang meniupkan udara hangat,” kata Akiyama. “Itu sangat rumit, dan itulah mengapa gambar ini membutuhkan waktu lebih lama untuk diselesaikan.”

Melompat data

Untuk menangkap gambar SgrA* yang jelas, para astronom mengoordinasikan delapan observatorium radio di seluruh dunia untuk bertindak sebagai satu teleskop virtual, yang mereka tunjuk ke pusat Bima Sakti selama beberapa hari pada April 2017. Setiap observatorium merekam data cahaya yang masuk menggunakan high- perekam kecepatan dikembangkan di Haystack Observatory. Perekam ini dirancang untuk memproses sejumlah besar data dengan kecepatan 4 gigabyte per detik.

Setelah mengumpulkan total 5 petabyte data, yang mencakup pengamatan SgrA* dan M87*, hard drive yang penuh dengan data yang direkam dikirim, separuhnya ke Haystack, dan separuh lainnya ke Institut Max Planck untuk Radio Astronomi di Jerman. Kedua lokasi tersebut menampung korelator — superkomputer besar yang bekerja untuk “menghubungkan” data, membandingkan aliran data antara observatorium yang berbeda, dan mengubah data itu menjadi sinyal yang akan dilihat oleh teleskop seukuran planet.

BACA JUGA :  Anjing polisi Corgi pertama Rusia pensiun dan telah bekerja selama 7 tahun – Rabbitgoo

Mereka kemudian mengkalibrasi data — proses yang cermat untuk menghilangkan kebisingan dari sumber seperti efek instrumentasi dan atmosfer bumi sendiri, untuk secara efektif memfokuskan “cermin” teleskop virtual pada sinyal khusus untuk SgrA*.

Kemudian tim pencitraan mengambil tugas menerjemahkan sinyal menjadi gambar representatif dari lubang hitam — tantangan yang jauh lebih sulit daripada pencitraan M87*, yang merupakan sumber yang lebih besar dan lebih stabil, yang berubah sangat sedikit selama beberapa hari.

“SgrA* berubah dalam hitungan menit, jadi data melompat ke mana-mana,” kata anggota kolaborasi EHT Vincent Fish, seorang ilmuwan riset di Haystack. “Itulah tantangan mendasar dalam mencitrakan lubang hitam ini.”

Akiyama, yang memimpin tim kalibrasi dan pencitraan EHT, mengembangkan algoritme baru untuk dipasangkan dengan yang digunakan untuk menggambar M87*. Para peneliti memasukkan data ke dalam setiap algoritma untuk menghasilkan ribuan gambar lubang hitam. Mereka meratakan gambar-gambar ini untuk menghasilkan satu gambar utama, yang mengungkapkan SgrA* sebagai struktur seperti cincin yang bercahaya.

Di tahun-tahun mendatang, para ilmuwan berharap untuk mengumpulkan lebih banyak data SgrA* dan lubang hitam lainnya saat EHT berkembang, menambahkan lebih banyak teleskop ke susunan virtualnya.

“Teknik yang dikembangkan untuk Sgr A* membuka jalan bagi gambar EHT spektakuler dan ilmu pengetahuan yang akan datang, karena susunan teleskop diperluas dan disempurnakan,” kata Lonsdale.

“Langkah selanjutnya adalah, bisakah kita mendapatkan gambar yang lebih tajam dari cincin ini?” kata Akiyama. “Sekarang kita hanya bisa melihat fitur yang paling terang. Kami juga ingin menangkap substruktur yang lebih redup. Kemudian kami berharap dapat melihat sesuatu yang lebih detail, dan berbeda dari donat pertama itu.”

Leave a Reply

Your email address will not be published.