Mengukur 'Pintu Keluar' alam semesta: Untuk Pertama Kalinya, Tim Internasional Telah Mengukur Radius Black Hole

Gambar ini, dibuat dengan menggunakan model komputer, menunjukkan bagaimana gravitasi ekstrem dari lubang hitam di M87 mendistorsi penampilan jet dekat cakrawala peristiwa. Bagian dari radiasi dari jet dibengkokkan oleh gravitasi ke sebuah cincin yang dikenal sebagai 'bayangan' dari lubang hitam. (Kredit: Avery E. Broderick (Perimeter Institute & University of Waterloo)

 The point of no return : Dalam astronomi, itu dikenal sebagai lubang hitam - sebuah wilayah di ruang angkasa di mana tarikan gravitasi begitu kuat sehingga tidak ada, bahkan cahaya, dapat melarikan diri. Lubang hitam yang bisa miliaran kali lebih besar dari matahari kita mungkin berada di jantung galaksi yang paling. Seperti lubang hitam supermasif yang begitu kuat sehingga aktivitas pada batas-batas mereka dapat riak seluruh Galaxie tuan rumah mereka.

Sekarang, sebuah tim internasional, yang dipimpin oleh para peneliti di Observatorium MIT Haystack, untuk pertama kalinya mengukur radius lubang hitam di pusat galaksi yang jauh - jarak terdekat di mana materi dapat mendekati sebelum irretrievably ditarik ke hitam lubang.

Para ilmuwan dihubungkan bersama piring radio di Hawaii, Arizona dan California untuk membuat array teleskop yang disebut "Event Horizon Telescope" (EHT) yang dapat melihat rincian 2.000 kali lebih halus dari apa yang terlihat oleh Hubble Space Telescope. Piring ini radio dilatih pada M87, sebuah galaksi sekitar 50 juta tahun cahaya dari Bima Sakti. M87 pelabuhan sebuah lubang hitam 6 miliar kali lebih besar dari matahari kita, menggunakan array ini, tim mengamati cahaya materi dekat tepi lubang hitam ini - wilayah yang dikenal sebagai "cakrawala peristiwa."

"Setelah benda jatuh melalui cakrawala peristiwa, mereka hilang selamanya," kata Shep Doeleman, asisten direktur di Observatorium MIT Haystack dan asosiasi penelitian di Observatorium Smithsonian Astrophysical. "Ini adalah pintu keluar dari alam semesta kita. Anda berjalan melalui pintu itu, Anda tidak akan kembali."

Doeleman dan rekan-rekannya telah menerbitkan hasil studi mereka minggu ini dalam jurnal Science.

Jets di tepi lubang hitam

Lubang hitam supermasif adalah benda paling ekstrim diprediksi oleh teori Albert Einstein gravitasi - mana, menurut Doeleman, "gravitasi sepenuhnya berjalan kusut dan meremukkan massa besar ke ruang yang sangat dekat." Di tepi lubang hitam, gaya gravitasi yang begitu kuat sehingga menarik dalam segala hal dari lingkungannya. Namun, tak semuanya bisa menyeberangi cakrawala peristiwa untuk menyelip ke lubang hitam. Hasilnya adalah "kemacetan kosmik" di mana gas dan debu membangun, menciptakan panekuk datar materi yang dikenal sebagai disk akresi. Disk ini materi mengorbit lubang hitam di hampir kecepatan cahaya, makan lubang hitam diet stabil bahan superpanas. Seiring waktu, disk ini dapat menyebabkan lubang hitam berputar ke arah yang sama sebagai bahan mengorbit.

Terperangkap dalam aliran spiral adalah medan magnet, yang mempercepat material panas di sepanjang balok kuat atas disk akresi The jet berkecepatan tinggi yang dihasilkan, diluncurkan oleh lubang hitam dan disk, tunas keluar di seluruh galaksi, memperpanjang selama ratusan ribu cahaya -tahun. Jet ini dapat mempengaruhi proses galaksi, termasuk seberapa cepat bentuk bintang. 'Apakah Einstein benar?'

Sebuah lintasan jet dapat membantu para ilmuwan memahami dinamika lubang hitam di wilayah di mana gravitasi mereka adalah kekuatan yang dominan. Doeleman mengatakan seperti lingkungan yang ekstrim sangat cocok untuk mengkonfirmasikan teori Einstein relativitas umum - deskripsi definitif hari ini gravitasi.

"Teori Einstein telah diverifikasi di low-gravitasi kasus lapangan, seperti di Bumi atau di tata surya," kata Doeleman. "Tapi mereka belum diverifikasi tepatnya di satu-satunya tempat di alam semesta di mana teori Einstein mungkin rusak -. Yang tepat di tepi lubang hitam"

Menurut teori Einstein, massa lubang hitam dan spin menentukan seberapa erat materi dapat mengorbit sebelum menjadi tidak stabil dan jatuh menuju cakrawala peristiwa. Karena jet M87 itu secara magnetis diluncurkan dari orbit ini terkecil, astronom dapat memperkirakan perputaran lubang hitam melalui pengukuran hati-hati ukuran jet saat meninggalkan lubang hitam. Sampai saat ini, belum ada teleskop memiliki kekuatan pembesar diperlukan untuk jenis pengamatan.

"Kita sekarang dalam posisi untuk mengajukan pertanyaan," Apakah Einstein kan? '"Kata Doeleman. "Kami dapat mengidentifikasi fitur dan tanda tangan diprediksi oleh teori-teorinya, dalam medan gravitasi yang sangat kuat."

Tim menggunakan teknik yang disebut interferometri baseline Very Long, atau VLBI, yang menghubungkan data dari piring radio terletak ribuan mil terpisah. Sinyal dari berbagai hidangan, diambil bersama-sama, menciptakan sebuah "teleskop virtual" dengan daya pemecahan teleskop tunggal sebagai besar sebagai ruang antara hidangan yang berbeda. Teknik ini memungkinkan para ilmuwan untuk melihat rincian yang sangat tepat di galaksi yang jauh.

Menggunakan teknik, Doeleman dan timnya mengukur orbit terdalam dari disk akresi menjadi hanya 5,5 kali ukuran cakrawala peristiwa lubang hitam. Menurut hukum fisika, ukuran ini menunjukkan bahwa disk akresi berputar dalam arah yang sama dengan lubang hitam - pengamatan langsung pertama untuk mengkonfirmasi teori tentang bagaimana listrik lubang jet dari pusat galaksi hitam.

Tim berencana untuk memperluas array teleskop, menambah piring radio di Chili, Eropa, Meksiko, Greenland dan Antartika, untuk mendapatkan gambar yang lebih rinci lubang hitam di masa depan.

Christopher Reynolds, seorang profesor astronomi di University of Maryland, mengatakan hasil kelompok menyediakan data pengamatan pertama yang akan membantu para ilmuwan memahami bagaimana jet lubang hitam berperilaku.

"Sifat dasar jet masih misterius," kata Reynolds. "Astrofisikawan Banyak menduga bahwa jet yang didukung oleh lubang hitam berputar, tapi sekarang, gagasan ini masih sepenuhnya dalam ranah teori pengukuran ini adalah langkah pertama dalam menempatkan ide-ide secara observasional perusahaan".

Penelitian ini didukung oleh National Science Foundation.