Para astronom memecahkan misteri lubang hitam yang “mustahil”.

Sebuah tim astrofisikawan telah menemukan bahwa medan magnet memainkan peran penting dalam pembentukan lubang hitam yang selama ini dianggap mustahil.

Serangkaian simulasi komputer yang luas, yang dilakukan oleh astrofisikawan di Flatiron Institute dan kolaboratornya, mengungkapkan bahwa medan magnet adalah elemen yang hilang dalam penciptaan lubang hitam yang massanya berada dalam kisaran yang diperkirakan sebelumnya. tidak bisa ada.

Pada tahun 2023, para astronom menyaksikan peristiwa dramatis: dua lubang hitam luar biasa masif bertabrakan sekitar 7 miliar tahun cahaya jauhnya.

Ukurannya yang sangat besar dan putarannya yang sangat cepat bertentangan dengan semua penjelasan yang ada. Menurut teori saat ini, lubang hitam seperti ini mereka seharusnya tidak ada.

Para peneliti di Center for Computational Astrophysics (CCA), Flatiron Institute, dan lembaga mitra kini telah menemukan bagaimana raksasa kosmik ini dapat terbentuk dan akhirnya bertabrakan.

Penemuan tersebut disajikan dalam a artikel diterbitkan pada hari Senin di majalah Surat Jurnal Astrofisika.

Dengan merekonstruksi siklus hidup bintang-bintang yang memunculkannya, tim menyimpulkan hal tersebut medan magnetsudah lama diabaikan dalam model sebelumnya, sangat menentukan.

“Tidak ada yang pernah melihat sistem ini cara yang kami lakukan; Hingga saat ini, para astronom menyederhanakan dan mengabaikan medan magnet,” katanya. Bijih Gottliebahli astrofisika di CCA dan penulis utama artikel, di penyataan.

“Tetapi Ketika medan magnet diperhitungkan, hal ini dapat dijelaskan asal muasal peristiwa tunggal ini”, tambah peneliti.

Tabrakan tahun 2023 yang menantang teori lubang hitam

A Tabrakan kosmik tahun 2023hari ini menelepon GW231123terdeteksi oleh observatorium LIGO-Virgo-KAGRA, yang mengukur gelombang gravitasi, riak dalam ruang-waktu yang dihasilkan oleh pergerakan langit berskala besar.

Pada saat deteksi, para astronom tidak dapat memahaminya bagaimana lubang hitam yang begitu besar dan cepat terbentuk. Ketika sebuah bintang yang sangat masif kehabisan bahan bakar, ia akan runtuh dan meledak sebagai supernova, meninggalkan lubang hitam yang lebih kecil.

Namun, bintang-bintang dalam rentang massa tertentu mengalami jenis ledakan yang sangat dahsyat, yang disebut ketidakstabilan pasangan supernovayang menghancurkan bintang sepenuhnya.

“Karena supernova ini, kami tidak memperkirakan akan terbentuknya lubang hitam di sekitar 70 dan 140 kali massa Matahari“, jelas Gottlieb. “Jadi sungguh mengejutkan saat mengamati lubang hitam dengan massa dalam kisaran ini.”

Salah satu penjelasan yang mungkin adalah bahwa lubang hitam berada dalam “rentang massa terlarang” ini terbentuk secara tidak langsung, melalui penggabungan lubang hitam lebih kecil.

Namun dalam kasus GW231123, hipotesis seperti itu tampaknya tidak mungkin terjadi. Penggabungan biasanya terjadi secara kacau dan cenderung mengganggu rotasi lubang hitam yang dihasilkan.

Namun, dua lubang hitam yang terlibat dalam GW231123 berputar hampir dengan kecepatan cahaya, yaitu rotasi tercepat yang pernah diamatimembuat skenario ini sulit untuk dipertahankan.

Untuk memecahkan teka-teki tersebut, Gottlieb dan timnya melakukan simulasi dua fase. Pertama, memodelkan bintang dengan 250 massa matahari sepanjang hidup dan matinya. Pada saat ia meledak sebagai supernova, ia telah membakar cukup bahan bakar untuk menyusut menjadi sekitar 150 massa matahari – sedikit di atas kisaran yang dilarang secara teoritis – sehingga menimbulkan lubang hitam.

Fase berikutnya memperkenalkan medan magnet. Model ini dimulai dengan puing-puing supernova: awan berputar yang terdiri dari puing-puing bintang, mengandung medan magnet dan lubang hitam yang baru terbentuk di tengahnya.

Model sebelumnya berasumsi bahwa semua materi yang tersisa pada akhirnya akan jatuh ke dalam lubang hitam, namun simulasi baru mengungkapkan kenyataan lainamati Sains Harian.

Bagaimana magnet mengubah nasib bintang yang runtuh

Jika bintang yang runtuh tidak berputar, materi di sekitarnya langsung jatuh ke dalam lubang hitam. Tetapi ketika bintang berputar dengan cepatmateri ini membentuk piringan di sekitar lubang hitam, memberinya makan seiring waktu dan meningkatkan rotasinya.

Namun, medan magnet mengganggu proses ini. Tekanannya dapat mengeluarkan sebagian material dengan kecepatan mendekati cahaya, mencegahnya jatuh.

Pengusiran ini mengurangi jumlah massa yang diserap melalui lubang hitam. Semakin kuat medan magnetnya, semakin banyak materi yang terlempar ke luar angkasa. Dalam kasus ekstrim, hingga setengah massa asli bintang bisa hilang akibat arus keluar ini.

Dalam simulasi yang dilakukan tim, mekanisme ini secara alami menghasilkan lubang hitam dengan massa yang tepat dalam rentang yang dianggap “dilarang”.

“Kami menemukan bahwa kehadiran rotasi dan medan magnet secara mendasar dapat mengubah evolusi bintang pasca-keruntuhan, menjadikan massa akhir lubang hitam jauh lebih kecil dari massa total bintang yang runtuh”, penjelasan Gottlieb.

Hasilnya menunjuk pada a hubungan yang menarik antara massa lubang hitam dan seberapa cepat ia berputar. Medan magnet yang lebih kuat dapat menghentikan rotasi dan menghilangkan lebih banyak massa bintang, sehingga menghasilkan lubang hitam yang lebih kecil dan lebih lambat. Medan yang lebih lemah memungkinkan tumbuhnya lubang hitam yang lebih berat dan berotasi lebih cepat.

Pola ini mungkin mengungkapkan a hubungan yang lebih luas antara massa dan rotasi — sesuatu yang dapat dikonfirmasi oleh pengamatan di masa depan.

Saat ini, tidak ada sistem lubang hitam lain yang diketahui untuk menguji hubungan ini, namun para astronom berharap deteksi di masa depan akan mengungkap lebih banyak contoh serupa dengan GW231123.

Simulasi juga menunjukkan bahwa proses magnetik ini menghasilkan semburan sinar gamma selama pembentukan lubang hitam. Mendeteksi emisi ini dapat membantu mengkonfirmasi teori tersebut dan menunjukkan seberapa umum lubang hitam raksasa ini.

Jika dikonfirmasi, penemuan-penemuan ini tidak hanya menjelaskan tabrakan yang dianggap “mustahil”, namun juga dapat mengubah pemahaman para ilmuwan secara mendalam beberapa objek yang paling ekstrim dan menarik alam semesta.