Gelombang Gravitasi: Apakah Penggabungan Lubang Hitam Terbentuk dari Bintang Tunggal?

Dua Lubang Hitam Berputar

Kesan seniman tentang dua lubang hitam yang saling berputar, menciptakan gelombang gravitasi. Sebuah teori baru menyatakan bahwa sistem lubang hitam ganda dapat terbentuk dari satu bintang. (Kredit gambar: K. Thorne (Caltech) dan T. Carnahan (NASA GSFC))



Bisakah satu bintang sekarat melahirkan bukan hanya satu, tapi dua lubang hitam? Hal-hal aneh telah terjadi di luar angkasa.

Sekitar 1,3 miliar tahun yang lalu, dua lubang hitam bergabung menjadi satu, menciptakan riak di struktur ruang-waktu yang dikenal sebagai gelombang gravitasi. Riak-riak itu direkam oleh detektor di Bumi, para ilmuwan mengumumkan pada 11 Februari — pertama kalinya gelombang gravitasi terdeteksi secara langsung, menandai pencapaian signifikan bagi fisika dan astronomi.





Para ilmuwan telah lama memiliki gagasan yang berbeda tentang bagaimana lubang hitam dengan ukuran ini cukup dekat untuk bertabrakan, tetapi proposal lain baru saja memasuki cincin: bahwa lubang hitam diciptakan, sesaat sebelum tabrakan, dari satu, bintang masif saat runtuh. pada dirinya sendiri. [ No Escape: Menyelam Ke Dalam Lubang Hitam (Infografis) ]

Hipotesis baru ini menyatakan bahwa penggabungan keduanya lubang hitam akan menghasilkan cahaya — termasuk, mungkin, semburan sinar gamma, bentuk cahaya berenergi tertinggi. Kemungkinan itu sekarang sedang diselidiki oleh para ilmuwan, yang menindaklanjuti deteksi gelombang gravitasi bersejarah dalam berbagai cara.



Membuat dua lubang hitam dari satu bintang

'Ini setara kosmik dari seorang wanita hamil yang membawa anak kembar di dalam perutnya,' astrofisikawan Avi Loeb, dari Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), mengatakan dalam sebuah pernyataan , berbicara tentang usulannya bahwa dua lubang hitam dapat terbentuk dari bintang sekarat yang sama.

Tungku internal bintang masif ditenagai oleh fusi hidrogen menjadi helium, tetapi bahkan bintang pun akhirnya kehabisan bahan bakar. Ketika sebuah bintang masif (puluhan kali lebih besar dari matahari) mencapai ujung sumber dayanya, ia akan meledak sebagai supernova . Tanpa mesin yang mendorong material bintang yang tersisa keluar, materi itu akan runtuh menjadi bongkahan sisa yang sangat padat. Terkadang, keruntuhan ini membentuk lubang hitam.



Namun makalah baru Loeb, yang telah diterima untuk diterbitkan di The Astrophysical Journal Letters, menunjukkan bahwa jika bintang berputar sangat cepat saat runtuh, materi yang jatuh dapat terbelah menjadi konfigurasi dumbbell, dan menciptakan dua lubang hitam.

Albert Einstein-lah yang pertama kali meramalkan bahwa ruang dan waktu bersama-sama membentuk satu kain kosmik, dan bahwa dua lubang hitam yang berputar satu sama lain dan bergabung tidak hanya akan membengkokkan kain itu, tetapi juga mengirim riak melalui itu .

Selama beberapa dekade, para ilmuwan telah mencoba mendeteksi riak-riak ini secara langsung , tetapi tim pertama yang berhasil adalah kelompok Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO), yang menggunakan detektor besar di Hanford, Washington, dan Livingston, Louisiana. Kedua detektor melihat sinyal gelombang gravitasi pada September 2015, dan tim LIGO memeriksa temuan itu selama lima bulan sebelum mengumumkannya kepada dunia.

Loeb mengatakan kepada Space.com dalam email bahwa para peneliti telah menyelidiki proses dumbbell dalam konteks lain. Itu termasuk pembentukan bintang, di mana awan debu yang runtuh membentuk bintang bisa berputar cukup cepat untuk membelah menjadi dua bintang baru .

'Saya memiliki ide ini di kepala saya selama sekitar satu dekade,' kata Loeb. Tapi dia mengatakan itu adalah pengumuman 11 Februari tentang tabrakan lubang hitam yang mengilhami dia untuk meletakkan hipotesis di atas kertas - itu, dan kemungkinan deteksi semburan cahaya terang dari wilayah langit yang sama.

Kilatan cahaya di langit

Sesuai dengan namanya, lubang hitam tidak memancarkan cahaya apa pun. Namun, banyak lubang hitam dapat 'dilihat' karena dikelilingi oleh material yang dipercepat dan dipanaskan oleh gravitasi lubang hitam, menyebabkan materi tersebut memancarkan cahaya.

Tetapi dua lubang hitam dengan massa beberapa puluh kali lipat dari matahari diperkirakan tidak akan dikelilingi oleh materi karena mereka mengelilingi satu sama lain dan akhirnya bertabrakan.

Hipotesis Loeb menawarkan kemungkinan kasus di mana dua lubang hitam bisa melepaskan ledakan sinar gamma. Sinar gamma adalah bentuk cahaya dengan energi tertinggi, dan semburan sinar gamma disebabkan oleh peristiwa yang sangat energik. Ledakan dapat terjadi ketika satu bintang runtuh ke dalam lubang hitam, kata Loeb.

'Untuk menghasilkan ledakan sinar gamma, seseorang perlu memberi makan lubang hitam pada tingkat yang sangat besar di suatu tempat antara massa planet dan massa matahari setiap detik,' kata Loeb kepada Space.com. Saat bintang mulai runtuh ke dalam lubang hitam, 'masuknya materi ... dapat menyebabkan produksi jet yang mengebor lubang melalui selubung bintang dan menghasilkan kilatan sinar gamma untuk seorang pengamat yang kebetulan terletak pada arahnya.'

Dengan asumsi bintang sekarat bisa terbelah menjadi dua lubang hitam, maka bintang seperti itu juga bisa menghasilkan ledakan sinar gamma. Untungnya, teleskop sinar gamma sedang melihat ke langit pada saat yang sama ketika LIGO mendeteksi tabrakan lubang hitam.

Para ilmuwan dengan Teleskop Luar Angkasa Fermi Gamma-ray NASA mengumumkan bahwa observatorium berbasis ruang angkasa mungkin telah melihat kilatan cahaya sinar gamma 'di wilayah langit yang sama' dengan deteksi LIGO, hanya 0,4 detik setelah LIGO mendeteksi sinyalnya. Ilmuwan Fermi masih bekerja untuk memastikan apakah sinyal itu nyata, atau apakah itu alarm palsu di detektor. [ Pemecahan Rekor Gamma-ray Burst Ditangkap oleh Fermi (Video) ]

'Saya pikir deteksi Fermi/GBM tidak mungkin nyata (ada berbagai keberatan yang beredar di masyarakat),' Edo Berger, seorang profesor astronomi di Universitas Harvard, mengatakan kepada Space.com melalui email.

'Ini tidak berarti bahwa makalah Avi salah (karena itu hanya model teoretis),' tambah Berger. 'Tapi saat ini tidak ada tes khusus dari model yang diusulkan. Apakah proses yang dia sarankan benar-benar terjadi di alam masih harus dilihat dengan pengamatan di masa depan. Untunglah, LIGO dan Virgo akan menemukan lebih banyak lagi penggabungan lubang hitam biner ini ketika mereka dihidupkan untuk penelitian ilmiah berikutnya.'

Virgo adalah fasilitas di Italia yang akan segera bergabung dengan detektor LIGO dalam pencarian gelombang gravitasi.

Dan bahkan jika deteksi Fermi itu nyata, masih ada pertanyaan apakah ledakan sinar gamma berasal dari penggabungan lubang hitam atau tidak. LIGO saat ini hanya bisa mempersempit lokasi penggabungan menjadi area di langit berukuran 600 derajat persegi. (Bulan purnama menutupi 0,2 derajat persegi langit).

'Saya agak ragu bahwa laporan Fermi memang terkait dengan sumber [gelombang gravitasi]; itu adalah signifikansi statistik yang relatif kecil, dan patch langit yang terkait dengan sumber [gelombang gravitasi] sangat besar,' Vicky Kalogera, seorang ilmuwan lubang hitam di Northwestern University di Illinois dan anggota tim LIGO, mengatakan kepada Space.com dalam sebuah surel.

partikel lubang hitam melarikan diri

Kalogera juga bertanya-tanya mengapa hanya sinar gamma yang akan terdeteksi jika penggabungan lubang hitam menciptakan cahaya, katanya. Instrumen lain yang mencari dalam panjang gelombang yang berbeda tidak melihat sinyal pada saat yang sama dengan deteksi gelombang gravitasi.

Masih ada kemungkinan bahwa sinyal Fermi itu nyata, dan memang berasal dari tabrakan lubang hitam. Tetapi bahkan jika peristiwa lubang hitam khusus ini bukan contoh hipotesis halter Loeb, dia mengatakan mungkin ada peristiwa lain yang dideteksi LIGO di masa depan yang melibatkan lubang hitam kembar, yang lahir dari ibu bintang yang sama.

[Catatan Editor, 26 Februari 2016: Deteksi Fermi semakin terlihat seperti alarm palsu. Jika sinyalnya nyata, maka observatorium sinar gamma INTEGRAL seharusnya juga mendeteksinya. Kolaborasi telah melaporkan, bagaimanapun, bahwa itu tidak .]

[Catatan Editor, 19 April 2016: Plotnya mengental. Kolaborasi Fermi telah menerbitkan makalah tentang sinyal yang terdeteksi, dan kemungkinan bahwa itu terkait dengan peristiwa gelombang gravitasi. Baca lebih lanjut tentang itu di sini.]

Ikuti Calla Cofield @callacofield . Ikuti kami @Spacedotcom , Facebook dan Google+ . Artikel asli di Space.com .