Cara melihat lubang hitam

Lubang hitam pada dasarnya tidak terlihat, namun para astronom sedang mengembangkan teknologi untuk menggambarkan lingkungan sekitar dari misteri ini dengan cara yang belum pernah ada sebelumnya. Dalam beberapa tahun, kata para ahli, para ilmuwan mungkin akan mendapatkan gambaran pertama tentang lingkungan di sekitar lubang hitam, dan bahkan mungkin menemukan “bayangan” lubang hitam itu sendiri.

Lubang hitam sulit dilihat secara detail karena lubang hitam yang besar letaknya jauh. Lubang hitam supermasif terdekat adalah yang diperkirakan menghuni pusat Bima Sakti, disebut Sagitarius A* (diucapkan “bintang Sagitarius A”), yang terletak sekitar 26.000 tahun cahaya jauhnya. Ini adalah target pertama proyek internasional ambisius untuk memotret lubang hitam dengan lebih detail dari sebelumnya, yang disebut Event Horizon Telescope (EHT).

EHT akan menggabungkan pengamatan dari teleskop di seluruh dunia, termasuk fasilitas di Amerika Serikat, Meksiko, Chili, Perancis, Greenland dan Kutub Selatan, menjadi satu gambar virtual dengan resolusi yang setara dengan apa yang bisa dicapai oleh satu teleskop berukuran jarak antara fasilitas yang terpisah. (Lubang hitam paling aneh di alam semesta)

“Ini benar-benar eksperimen unik dan belum pernah terjadi sebelumnya,” kata anggota tim EHT Jason Dexter, ahli teori astrofisika di University of California, Berkeley. “Ini akan memberi kita lebih banyak informasi langsung daripada yang pernah kita pahami tentang apa yang terjadi di dekat lubang hitam. Ini sangat menarik, dan proyek ini akan benar-benar matang dan mulai menghasilkan hasil yang luar biasa dalam beberapa tahun ke depan. “

(tanda kutip)

Dari Bumi, Sagitarius A* terlihat seukuran jeruk bali di bulan. Ketika teleskop Event Horizon sepenuhnya terealisasi, ia seharusnya mampu mengungkap detail seukuran bola golf di bulan. Jaraknya cukup dekat untuk melihat cahaya yang dipancarkan gas saat ia mengilhami kehancurannya di dalam lubang hitam.

Interferometri dasar yang sangat panjang
Untuk mencapai resolusi yang begitu bagus, proyek ini menggunakan teknik yang disebut interferometri garis dasar yang sangat panjang (VLBI). Di VLBI, superkomputer sebenarnya bertindak sebagai lensa teleskop raksasa.

“Jika Anda memiliki teleskop di seluruh dunia, Anda dapat membuat teleskop virtual seukuran Bumi,” kata Shep Doeleman, astronom di Haystack Observatory MIT di Massachusetts yang memimpin proyek Event Horizon Telescope. “Dalam teleskop pada umumnya, cahaya dipantulkan dari permukaan yang melengkung dengan tepat dan semua cahaya difokuskan ke bidang fokus. Cara kerja VLBI adalah, kita harus membekukan cahaya, menangkapnya, merekamnya dengan sempurna pada sistem perekaman, lalu data dipindahkan kembali ke superkomputer pusat, yang membandingkan cahaya dari California dan Hawaii serta lokasi lain dan mensintesisnya. Lensa tersebut menjadi superkomputer di MIT.”

Peningkatan besar pada kemampuan pencitraan Event Horizon Telescope akan terjadi ketika 64 antena piringan radio ALMA (Array Milimeter Besar/submilimeter Atacama) observatorium di Chili bergabung dengan proyek ini dalam beberapa tahun ke depan.

“Ini akan meningkatkan sensitivitas teleskop Event Horizon sebanyak 10 kali lipat,” kata Doeleman. “Ketika Anda mengubah sesuatu dalam skala besar, hal-hal menakjubkan akan terjadi.”

Interferometri dasar yang sangat panjang telah digunakan selama sekitar 50 tahun, tetapi belum pernah digunakan sebelumnya pada frekuensi tinggi, atau panjang gelombang pendek, cahaya. Cahaya dengan panjang gelombang pendek inilah yang diperlukan untuk mencapai resolusi sudut yang diperlukan untuk mengukur dan menggambarkan lubang hitam.

Tantangan teknis yang hebat
Merobohkan teleskop Event Horizon merupakan tantangan teknis besar di banyak bidang.

Untuk mengoordinasikan observasi dari begitu banyak teleskop yang tersebar di seluruh dunia, para ilmuwan harus menggunakan algoritma komputer khusus, belum lagi superkomputer yang canggih. Selain itu, untuk mengakomodasi perbedaan waktu antar stasiun, diperlukan jam yang sangat akurat.

“Kami harus membuktikan bahwa Anda dapat menjaga waktu dengan cukup baik di semua stasiun, dan bahwa detektor di semua teleskop cukup baik, sehingga ketika Anda mengalikan dua sinyal dari dua teleskop, Anda tidak hanya akan mendapat kebisingan,” Dan kata Marron. , seorang astronom di Steward Observatory Universitas Arizona yang sedang membangun penerima agar Teleskop Kutub Selatan dapat bergabung dalam proyek tersebut. (No Escape: Menyelam ke dalam Lubang Hitam (Infografis))

Para peneliti menggunakan jam atom yang terbuat dari apa yang disebut maser hidrogen untuk menjaga akurasi waktu sekitar sepertriliun detik per detik.

“Kami menggunakan sifat struktur atom hidrogen ini untuk membuat referensi waktu mendasar bagi kami mengenai transisi antara dua keadaan elektron dalam atom hidrogen,” kata Marrone. “Ini menciptakan sinyal frekuensi rendah yang, melalui desain yang cermat, Anda dapat membuat osilator yang sangat tepat. Ini menciptakan osilasi yang sangat sempurna untuk jangka waktu singkat. Ini berarti bahwa kami dapat membuat rata-rata data kami selama periode tersebut, karena semuanya akan terjadi. waktu sangat menyukainya dengan sempurna.”

Uji relativitas umum
Dengan data yang belum pernah ada sebelumnya yang akan segera dikumpulkan oleh teleskop Event Horizon, para ilmuwan berharap dapat lebih memahami fisika aneh lubang hitam, yang merupakan salah satu objek paling ekstrem dan aneh di alam semesta.

Itu lubang hitam di pusat Bima Sakti diperkirakan mengandung massa sekitar 4 juta matahari, semuanya dikemas dalam area yang sangat kecil. Kepadatan ultra-kuat di sana seharusnya menghasilkan gaya gravitasi yang sangat ekstrem yang memberikan ujian langka terhadap teori relativitas umum Einstein.

“Event Horizon Telescope akan melihat emisi di tepi lubang hitam itu sendiri,” kata Doeleman. “Ini adalah wilayah di mana gravitasinya sangat kuat sehingga cahaya dibelokkan dan struktur yang Anda lihat didominasi oleh gravitasi yang kuat, di mana Anda benar-benar membutuhkan Einstein untuk memahami apa yang Anda lihat. Ini menjadi laboratorium yang ekstrem.”

Salah satu pertanyaan yang ingin dijawab oleh para ilmuwan adalah apakah lubang hitam benar-benar memiliki cakrawala peristiwa, seperti yang diperkirakan oleh relativitas umum. Horizon peristiwa (event horizon) adalah batas teori di sekitar lubang hitam yang menandai “titik tidak bisa kembali” di mana materi dan bahkan cahaya tidak dapat lepas. Jika cakrawala peristiwa memang ada, relativitas umum juga memperkirakan bahwa lubang hitam akan memiliki bayangan, atau wilayah gelap tempat cahaya ditelan. Jika lubang hitam benar-benar menghasilkan bayangan, Event Horizon Telescope seharusnya dapat melihatnya di Sagitarius A* dalam beberapa tahun ke depan, kata ahli teori Dexter dari Universitas California, Berkeley.

“Ini akan menjadi efek relativistik umum paling ekstrim yang terdeteksi sejauh ini,” tambahnya.

Lubang hitam sinar-X
Selagi Teleskop Cakrawala Peristiwa mengamati lubang hitam dalam panjang gelombang radio, keunggulan lain dari astronomi lubang hitam adalah dalam rezim sinar-X.

Gas yang jatuh ke dalam lubang hitam memancarkan cahaya melintasi spektrum elektromagnetik, namun gas terpanas dan paling energik, yang berputar paling dekat dengan cakrawala peristiwa lubang hitam, dapat dilihat dalam cahaya sinar-X.

Cahaya ini terlihat di luar atmosfer bumi melalui teleskop luar angkasa seperti Observatorium Chandra dan Teleskop NuSTAR NASA, Observatorium XMM Newton di Eropa, dan Teleskop Suzaku Jepang. Pengamatan ini tidak secara langsung menggambarkan lingkungan lubang hitam, seperti Event Horizon Telescope, namun memecah cahaya sinar-X menjadi warna penyusunnya, atau panjang gelombang, untuk mencari petunjuk tentang apa yang terjadi pada gas di lingkungan ekstrem tersebut.

Misalnya, astronom Chris Reynolds dari Universitas Maryland, College Park, menggunakan observasi sinar-X untuk mempelajari putaran lubang hitam. “Karena fisikanya sangat ekstrem, ketika lubang hitam berputar, ruang-waktu di sekitarnya benar-benar berputar dan kita dapat melihat efeknya terhadap gas yang mengorbit lubang hitam,” kata Reynolds.

Dan dengan mempelajari lubang hitam pada panjang gelombang berbeda, para peneliti berharap dapat membangun pemahaman yang lebih lengkap tentang objek kosmik aneh tersebut.

“Gas tersebut, saat jatuh ke dalam lubang hitam, memancarkan gelombang radio, yang coba dilihat oleh Event Horizon Telescope, dan juga menghasilkan sinar-X, dan itu memberi Anda pandangan yang saling melengkapi tentang sifat-sifat gas yang masuk. dan lubang hitam,” kata Reynolds. “Even Horizon Telescope berada di titik puncak dari beberapa hasil yang sangat dekat, dan kita semua menantikannya.”