Bintang Racing Ditemukan Di Sekitar Black Hole di Pusat Galaksi Bima Sakti

Astronom UCLA melaporkan penemuan sebuah bintang yang luar biasa yang mengorbit lubang hitam raksasa di pusat galaksi Bima Sakti kita dalam terik tahun 11-dan-a-setengah - orbit dikenal terpendek dari setiap bintang dekat lubang hitam ini

Teleskop Keck di Hawaii mengamati pusat kami Keck teleskop mengamati galaksi pusat galaksi kita Kedua WM Keck Teleskop di Mauna Kea, Hawaii, mengamati pusat galaksi. Laser digunakan untuk membuat sebuah bintang buatan di atas atmosfer bumi, yang kemudian digunakan untuk mengukur efek kabur atmosfer yang lebih rendah (efek yang membuat bintang berkelap-kelip di langit malam). Para kabur akan dikoreksi secara real time dengan bantuan cermin mampudeformasi. Ini adalah teknik optik adaptif. (Kredit: Ethan Tweedie)

Bintang, yang dikenal sebagai S0-102, dapat membantu para astronom menemukan apakah Albert Einstein benar dalam prediksi mendasar tentang bagaimana lubang hitam ruang warp dan waktu, kata co-author penelitian Andrea Ghez, pemimpin tim penemuan dan seorang profesor UCLA fisika dan astronomi yang memegang Lauren B. Leichtman dan Arthur E. Ketua Levine di Astrofisika.

 

Penelitian ini diterbitkan 5 Oktober di jurnal Science.

 

Sebelum penemuan ini, para astronom tahu hanya satu bintang dengan orbit yang sangat singkat dekat lubang hitam: S0-2, yang Ghez biasa menyebut "bintang favorit" nya dan yang orbit adalah 16 tahun. (The "S" adalah untuk Sagitarius, konstelasi yang mengandung pusat galaksi dan lubang hitam).

 

"Saya sangat senang untuk menemukan dua bintang yang mengorbit lubang hitam supermasif galaksi kita di banyak kurang dari seumur hidup manusia," kata Ghez, yang mempelajari 3.000 bintang yang mengorbit lubang hitam, dan telah mempelajari S0-2 sejak tahun 1995. Sebagian besar bintang memiliki orbit dari 60 tahun atau lebih, katanya.

 

"Ini adalah tango dari S0-102 dan S0-2 yang akan mengungkapkan geometri sebenarnya dari ruang dan waktu di dekat lubang hitam untuk pertama kalinya," kata Ghez. "Pengukuran ini tidak dapat dilakukan dengan satu bintang saja."

 

Lubang hitam, yang terbentuk dari runtuhnya materi, memiliki kepadatan tinggi sehingga tidak ada yang bisa lolos tarikan gravitasi mereka, bahkan cahaya. Mereka tidak bisa dilihat secara langsung, tetapi pengaruhnya terhadap bintang terdekat terlihat dan memberikan tanda tangan, kata Ghez, tahun 2008 MacArthur Fellow.

Teori Einstein relativitas umum memprediksi massa yang mendistorsi ruang dan waktu dan karena itu tidak hanya memperlambat aliran waktu tetapi juga peregangan atau jarak menyusut.

 

"Hari ini, Einstein adalah iPhone yang ada, karena sistem GPS tidak akan bekerja tanpa teorinya," kata Leo Meyer, seorang peneliti dalam tim Ghez dan penulis utama studi tersebut. "Apa yang kita ingin tahu adalah, telepon Anda akan juga bekerja begitu dekat dengan lubang hitam Bintang baru ditemukan menempatkan kami dalam posisi untuk menjawab pertanyaan tersebut di masa depan.?"

 

"Fakta bahwa kita dapat menemukan bintang yang begitu dekat dengan lubang hitam yang fenomenal," kata Ghez, yang juga mengarahkan UCLA Galactic Grup Pusat. "Sekarang ballgame baru, dalam hal jenis eksperimen yang bisa kita lakukan untuk memahami bagaimana lubang hitam tumbuh dari waktu ke waktu, peran supermasif lubang hitam bermain di pusat galaksi, dan apakah teori Einstein relativitas umum berlaku dekat lubang hitam, di mana teori ini belum pernah diuji sebelumnya Ini. menarik untuk sekarang memiliki sarana untuk membuka jendela ini.

 

"Ini seharusnya tidak menjadi sebuah lingkungan di mana bintang merasa sangat menyambut baik," tambahnya. "Namun yang mengejutkan, tampaknya bahwa lubang hitam yang tidak memusuhi bintang seperti yang diperkirakan sebelumnya berspekulasi."

 

Selama 17 tahun terakhir, Ghez dan rekan telah menggunakan WM Keck Observatory, yang berada di puncak gunung berapi aktif Hawaii Mauna Kea, untuk gambar pusat galaksi pada resolusi sudut tertinggi mungkin. Mereka menggunakan teknologi yang kuat, yang membantu merintis Ghez, disebut optik adaptif untuk mengoreksi efek distorsi atmosfer bumi secara real time. Dengan optik adaptif di Observatorium Keck, Ghez dan rekan-rekannya telah mengungkapkan banyak kejutan tentang lingkungan sekitarnya lubang hitam supermasif, menemukan, misalnya, bintang muda di mana tidak ada yang diharapkan dan melihat kurangnya bintang tua di mana banyak diantisipasi.

 

"The Observatory Keck telah menjadi pemimpin dalam optik adaptif selama lebih dari satu dekade dan telah memungkinkan kami untuk mencapai kemajuan luar biasa dalam mengoreksi efek distorsi atmosfer bumi dengan tinggi-sudut pencitraan resolusi," kata Ghez. "Ini benar-benar menarik untuk memiliki akses ke teleskop terbesar di dunia dan terbaik Ini adalah mengapa saya datang ke UCLA dan mengapa aku tinggal di UCLA.."

 

Dengan cara yang sama bahwa planet-planet mengorbit mengelilingi matahari, S0-102 dan S0-2 masing-masing dalam orbit elips di sekitar lubang hitam pusat galaksi. Gerakan planet di tata surya kita adalah ujian terakhir bagi teori gravitasi Newton 300 tahun yang lalu, gerakan S0-102 dan S0-2, Ghez mengatakan, akan menjadi ujian terakhir bagi teori Einstein relativitas umum, yang menggambarkan gravitasi sebagai konsekuensi dari kelengkungan ruang dan waktu.

 

"Hal yang menarik tentang melihat bintang melalui orbit lengkap mereka tidak hanya bahwa Anda dapat membuktikan bahwa lubang hitam ada tetapi Anda memiliki kesempatan pertama untuk menguji fisika fundamental menggunakan gerakan bintang-bintang," kata Ghez. "Menampilkan bahwa ia pergi di dalam elips menyediakan massa lubang hitam supermasif, tetapi jika kita dapat meningkatkan ketepatan pengukuran, kita dapat melihat penyimpangan dari elips yang sempurna -. Yang merupakan signature dari relativitas umum"

Sebagai bintang datang ke pendekatan terdekat mereka, gerakan mereka akan terpengaruh oleh kelengkungan ruang-waktu, dan perjalanan cahaya dari bintang-bintang kepada kami akan terdistorsi, Ghez kata.

 

S0-2, yaitu 15 kali lebih terang dari S0-102, akan melalui pendekatan yang paling dekat dengan lubang hitam pada tahun 2018.

 

Deviasi dari sebuah elips yang sempurna sangat kecil dan membutuhkan pengukuran yang sangat tepat. Selama 15 tahun terakhir, Ghez dan rekan-rekannya telah meningkatkan kemampuan mereka untuk membuat pengukuran.

 

Co-penulis pada penelitian ini meliputi Mark Morris, seorang profesor fisika dan astronomi di UCLA, dan Eric Becklin, UCLA profesor emeritus fisika dan astronomi.

 

Ghez riset

Pada tahun 1998, Ghez menjawab salah satu pertanyaan astronomi yang paling penting, menunjukkan bahwa lubang hitam raksasa berada di pusat galaksi Bima Sakti kita, sekitar 26.000 tahun cahaya dari Bumi, dengan massa sekitar 4 juta kali dari matahari. Pertanyaan telah menjadi subyek perdebatan di kalangan astronom mengamuk selama lebih dari seperempat abad.

 

Pada tahun 2000, ia dan rekan-rekannya melaporkan bahwa untuk pertama kalinya, astronom telah melihat bintang mempercepat sekitar lubang hitam supermasif. Penelitian mereka menunjukkan bahwa tiga bintang telah dipercepat oleh lebih dari 250.000 mph tahun karena mereka mengorbit lubang hitam. Kecepatan S0-102 dan S0-2 juga harus mempercepat lebih dari 250.000 mph pada pendekatan terdekat mereka, Ghez kata.

 

Pada tahun 2003, Ghez melaporkan bahwa kasus lubang hitam Bima Sakti telah diperkuat secara substansial dan bahwa semua alternatif yang diusulkan dapat dikecualikan. Pada tahun 2005, ia dan rekan-rekannya mengambil gambaran yang jelas pertama dari pusat Bima Sakti, termasuk daerah sekitar lubang hitam, menggunakan laser bintang panduan teknologi optik adaptif di Observatorium Keck.

 

"Penelitian penting oleh kelompok UCLA Ghez dengan menggunakan Observatorium Keck telah berevolusi dari membuktikan bahwa lubang hitam supermasif ada di pusat galaksi kita untuk menguji dasar-dasar yang sangat fisika," kata Taft Armandroff, direktur WM Keck Observatory. "Ini benar-benar waktu yang menyenangkan dalam astronomi."

 

Program penelitian Ghez yang saat ini menerima dana utama dari National Science Foundation, Yayasan Keck, Yayasan MacArthur, dan Lauren B. Leichtman dan Arthur E. Levine Family Foundation, dengan dana tambahan dari keluarga Preston Diberkahi Graduate Fellowship di Astrophysics (didukung oleh Howard dan Astrid Preston), Awards Janet Mahasiswa Travel Marott, dan Gordon Binder Post-doktor Fellowship. Pendanaan yang signifikan juga diberikan oleh Yayasan Packard untuk tahap awal pekerjaan ini.