Bintang yang tertangkap basah menghilang dan berubah menjadi lubang hitam

Penemuan ini akan membantu menjelaskan mengapa beberapa bintang masif berubah menjadi lubang hitam ketika mati, sementara yang lain tidak.

Sebuah tim astronom mengamati a bintang sekarat yang tidak meledak sebagai supernova, tetapi berubah menjadi lubang hitam.

Pengamatan luar biasa ini merupakan catatan pengamatan paling lengkap yang pernah dibuat transformasi bintang ke dalam lubang hitam, memungkinkan para astronom untuk membangun gambaran fisik yang komprehensif tentang proses tersebut.

Menggabungkan pengamatan terbaru terhadap bintang tersebut dengan data arsip selama lebih dari satu dekade, para astronom telah mengkonfirmasi dan menyempurnakan model teoretis tentang bagaimana bintang begitu masif berubah menjadi lubang hitam.

Tim menemukan bintang itu tidak meledak seperti supernova di akhir hidupmu; Sebaliknya, inti bintang runtuh ke dalam lubang hitam, perlahan-lahan mengeluarkan lapisan luarnya yang bergejolak dalam prosesnya.

Hasil dari belajarditerbitkan pada 12 Februari di majalah Sainssudah membangkitkan antusiasme karena merupakan hal yang langka sekilas tentang asal usul yang misterius lubang hitam. Penemuan ini akan membantu menjelaskan mengapa beberapa bintang masif berubah menjadi lubang hitam ketika mati, sementara yang lainnya tidak.

“Ini hanyalah awal dari cerita“, katanya Kishalay Derekan peneliti di Institut Flatiron Simons Foundation dan penulis utama studi baru ini.

Cahaya dari puing-puing berdebu di sekitar lubang hitam yang baru lahir, kata De, “akan terlihat selama beberapa dekade dengan tingkat sensitivitas teleskop seperti James Webb Space Telescope, karena akan terus menghilang dengan sangat lambat. Dan ini bisa menjadi titik referensi untuk memahami bagaimana lubang hitam bintang terbentuk di Alam Semesta.”

Bintang yang sekarang sudah punah, disebut M31-2014-DS1terletak sekitar 2,5 juta tahun cahaya dari Bumi, di negara tetangga Galaksi Andromeda.

De dan kolaboratornya menganalisis pengukuran bintang yang diambil oleh proyek NEOWISE NASA dan teleskop berbasis darat dan luar angkasa lainnya selama periode 2005 hingga 2023.

Mereka menemukan bahwa cahaya inframerah dari M31-2014-DS1 mulai terang pada tahun 2014. Kemudian, pada tahun 2016, bintang tersebut dengan cepat jatuh jauh ke bawah luminositas aslinya hanya dalam satu tahun.

Pengamatan pada tahun 2022 dan 2023 menunjukkan bahwa bintang tersebut menghilang pada dasarnya dalam inframerah tampak dan dekatmenjadi 10.000 kali lebih terang pada panjang gelombang ini. Sisanya sekarang hanya dapat dideteksi pada inframerah tengah, yang hanya bersinar sepersepuluh dari kecerahan sebelumnya.

“Bintang ini dulunya adalah salah satu yang paling cemerlang dari Galaksi Andromeda dan Sekarang Anda tidak dapat melihatnya di mana pun. Bayangkan jika bintang terkenal Betelgeuse menghilang tiba-tiba. Semua orang akan kehilangan akal sehatnya! Hal serupa terjadi pada bintang di Galaksi Andromeda ini,” kata De.

Membandingkan observasi tersebut dengan prediksi teoretis, para peneliti menyimpulkan bahwa memudarnya bintang secara dramatis hingga sebagian kecil dari total kecerahan aslinya merupakan bukti kuat bahwa itu inti runtuh dan menjadi lubang hitam.

Bintang-bintang menggabungkan hidrogen menjadi helium di intinyadan proses ini menghasilkan tekanan eksternal untuk menyeimbangkan tarikan gravitasi internal yang tiada henti.

Ketika menjadi bintang masif, kira-kira 10 kali atau lebih lebih besar daripada Matahari kita, ia mulai kehabisan bahan bakar, keseimbangan antara kekuatan internal dan eksternal terganggu. Gravitasi mulai meruntuhkan bintang, dan intinya runtuh terlebih dahulu membentuk bintang neutron padat di pusatnya.

Seringkali, emisi neutrino dalam proses ini menghasilkan gelombang kejut yang kuat yaitu scukup eksplosif untuk merobek sebagian besar inti dan lapisan luar dalam supernova.

Namun, jika gelombang kejut neutrino gagal mendorong material bintang keluar, teori telah lama menyatakan bahwa sebagian besar material bintang akan jatuh kembali ke bintang neutron, membentuk lubang hitam.

“Kita telah mengetahui bahwa lubang hitam telah ada selama hampir 50 tahun“, kata De, “tapi kita baru mulai memahami bintang mana yang berubah menjadi lubang hitam dan bagaimana mereka melakukannya.”

Pengamatan dan analisis M31-2014-DS1 memungkinkan tim untuk menafsirkan ulang pengamatan bintang serupa. NGC 6946-BH1. Hal ini membawa terobosan penting dalam memahami apa yang terjadi pada lapisan luar yang mengelilingi bintang setelah gagal menjadi supernova dan runtuh ke dalam lubang hitam. Elemen yang terlupakan? Konveksi.

Konveksi adalah a produk sampingan dari perbedaan suhu yang besar di dalam bintang. Materi di dekat pusat bintang sangatlah panas, sedangkan wilayah terluarnya jauh lebih dingin. Perbedaan ini menyebabkan gas-gas di dalam bintang berpindah dari daerah yang lebih panas ke daerah yang lebih dingin.

Ketika inti bintang runtuh, gas di lapisan terluarnya terus bergerak cepat karena konveksi ini.

Model teoretis yang dikembangkan oleh para astronom Flatiron Institute telah menunjukkan bahwa fakta ini mencegah sebagian besar lapisan terluar jatuh langsung ke dalam lubang hitam; sebaliknya, lapisan terdalam mengorbit di luar lubang hitam dan mendorong pengusiran lapisan terluar dari zona konveksi.

Bahan yang dikeluarkan mendingin saat menjauh dari bahan panas yang mengelilingi lubang hitam. Bahan dingin ini dengan cepat membentuk debu ketika atom dan molekul bergabung.

Debu mengaburkan gas panas yang mengorbit lubang hitam, memanaskan debu dan menghasilkan cahaya yang dapat diamati pada panjang gelombang inframerah. Cahaya merah yang terus-menerus ini terlihat selama beberapa dekade setelah bintang itu sendiri menghilang.

Andrea Antonirekan penulis dan Peneliti Flatiron Institute, sebelumnya mengembangkan prediksi teoretis untuk model konveksi ini.

Dengan bukti observasi yang mengesankan dari M31-2014-DS1, kata Antoni, “tingkat pertambahan – laju jatuhnya material – jauh lebih lambat dibandingkan jika bintang meledak langsung ke dalam. Materi konvektif ini memiliki momentum sudut, sehingga bersirkulasi di sekitar lubang hitam.”

“Daripada memakan waktu berbulan-bulan atau satu tahun untuk jatuhitu memakan waktu puluhan tahun. Dan karena semua ini, ia menjadi sumber yang lebih terang dibandingkan yang seharusnya, dan kami mengamati adanya penundaan yang lama dalam peredupan bintang aslinya,” tambahnya.

Sama seperti air yang berputar di sekitar saluran pembuangan dari bak mandi bukannya mengalir lurus ke bawah, gas malah bergerak di sekitar lubang hitam yang baru terbentuk ini berlanjut dalam orbitnya yang kacaumeskipun ditarik secara perlahan.

Jadi, itu jatuh perlahan yang dihasilkan oleh konveksi mencegah seluruh bintang runtuh langsung ke dalam lubang hitam yang baru lahir. Sebaliknya, para peneliti mengusulkan bahwa bahkan setelah inti meledak, beberapa material perlahan-lahan akan hilang selama beberapa dekade.

Hanya sekitar 1% dari gas dari selubung bintang asli jatuh ke dalam lubang hitam, memberi makan cahaya yang saat ini memancar darinya, perkiraan para peneliti.

Saat menganalisis pengamatan M31-2014-DS1, De dan timnya juga mengevaluasi ulang bintang serupa. NGC 6946-BH1diklasifikasikan 10 tahun yang lalu.

Dalam artikel ilmiah baru, mereka menyajikan bukti mengesankan yang dapat menjelaskan mengapa bintang ini mengikuti pola yang sama. M31-2014-DS1 awalnya tampak menonjol sebagai “objek aneh,” kata De, tapi sekarang tampaknya hanya sekedar benda aneh. anggota kelas objek – termasuk NGC 6946-BH1.

“Hanya dengan ini perhiasan penemuan individu Saat itulah kami mulai membuat gambar seperti ini”, kata De.