Apa yang menyebabkan pertumbuhan dan lubang hitam baru

Sepasang galaksi cakram dalam tahap akhir penggabungan. Kredit: NASA.

Ketika lubang hitam supermasif aktif, mereka memainkan peran penting dalam evolusi galaksi. Hingga saat ini, pertumbuhan diperkirakan dipicu oleh benturan keras dua galaksi yang diikuti penggabungannya; Namun, penelitian baru yang dipimpin oleh Universitas Bath menunjukkan bahwa penggabungan galaksi saja tidak cukup untuk menghasilkan lubang hitam – reservoir gas dingin di pusat galaksi induk juga diperlukan.

Sebuah studi baru yang diterbitkan dalam jurnal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society diyakini sebagai studi pertama yang menggunakan pembelajaran mesin untuk mengklasifikasikan penggabungan galaksi, dengan tujuan khusus untuk menyelidiki hubungan antara penggabungan galaksi, pertambahan lubang hitam supermasif, dan pembentukan bintang. Hingga saat ini, fusi telah diklasifikasikan (seringkali salah) hanya berdasarkan pengamatan manusia.

“Saat orang mencari penggabungan galaksi, mereka tidak selalu tahu apa yang mereka lihat dan menggunakan banyak intuisi untuk memutuskan apakah penggabungan telah terjadi,” kata Mathilda Avirett-Mackenzie, Ph.D. mahasiswa di Departemen Fisika di Universitas Bath dan penulis pertama makalah penelitian.

Studi ini dibuat atas kerja sama antara mitra dari BiD4BEST (Aplikasi Big Data untuk Studi Evolusi Lubang Hitam), yang Jaringan Pelatihan Inovatifnya menyediakan pelatihan doktoral dalam pembentukan lubang hitam supermasif.

Dia menambahkan: “Dengan melatih mesin untuk mengklasifikasikan merger, Anda mendapatkan gambaran yang lebih benar tentang apa yang sebenarnya dilakukan galaksi.”

Lubang hitam supermasif

Lubang hitam supermasif ditemukan di pusat semua galaksi masif (untuk memberi Anda gambaran tentang skalanya, Bima Sakti, dengan sekitar 200 miliar bintang, hanyalah sebuah galaksi berukuran sedang). Lubang hitam supermasif ini biasanya berbobot jutaan hingga miliaran kali massa Matahari kita.

Hampir sepanjang hidupnya, lubang hitam ini tidak bersuara, diam sementara materi mengorbit di sekelilingnya, dan berdampak kecil terhadap galaksi secara keseluruhan. Namun dalam fase hidup mereka yang pendek (pendek hanya dalam skala astronomi dan kemungkinan besar berlangsung jutaan hingga ratusan juta tahun), mereka menggunakan gaya gravitasi untuk menarik sejumlah besar gas bersama-sama (peristiwa yang dikenal sebagai akresi), sehingga menghasilkan cahaya terang. piringan yang dapat menaungi seluruh galaksi.

Fase aktivitas singkat inilah yang paling penting bagi evolusi galaksi, karena sejumlah besar energi yang dilepaskan melalui akresi dapat memengaruhi pembentukan bintang di galaksi. Maka, wajar saja jika menentukan apa yang menyebabkan sebuah galaksi berpindah antara dua keadaannya—diam dan membentuk bintang—adalah salah satu tantangan terbesar dalam astrofisika.

“Menentukan peran lubang hitam supermasif dalam evolusi galaksi merupakan hal mendasar bagi studi kita tentang alam semesta,” kata Avirett-Mackenzie.

Distribusi sampel AGN utama kita (galaksi Seyfert 2) dalam massa bintang (atas) a [O iii] luminositas versus pergeseran merah. Lebar nampan histogram M* dan z mewakili nampan yang digunakan untuk pencocokan kontrol. Perhatikan bahwa sampel kontrol cocok dalam M* dan z sehingga histogram untuk kontrol identik dan tidak ditampilkan di sini. Kredit: Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society (2024). DOI: 10.1093/mnras/stae183

Kontrol manusia vs. pembelajaran mesin

Selama beberapa dekade, model teoritis menunjukkan bahwa lubang hitam tumbuh ketika galaksi bergabung. Namun, ahli astrofisika yang mempelajari hubungan antara penggabungan galaksi dan pertumbuhan lubang hitam telah menantang model ini selama bertahun-tahun dengan pertanyaan sederhana: Bagaimana kita dapat mengidentifikasi penggabungan galaksi dengan andal?

Inspeksi visual adalah metode yang paling sering digunakan. Pengklasifikasi manusia—baik pakar maupun masyarakat—mengamati galaksi dan mengidentifikasi asimetri tinggi atau ekor pasang surut yang panjang (daerah bintang yang tipis dan memanjang serta gas antarbintang yang meluas ke luar angkasa), keduanya terkait dengan penggabungan galaksi.

Namun metode observasi ini memakan waktu dan tidak dapat diandalkan karena orang dapat dengan mudah membuat kesalahan dalam klasifikasinya. Akibatnya, studi fusi seringkali memberikan hasil yang bertentangan.

Dalam studi baru yang dipimpin oleh Bath, para ilmuwan berupaya memperbaiki cara pengklasifikasian merger dengan mempelajari hubungan antara pertumbuhan lubang hitam dan evolusi galaksi menggunakan kecerdasan buatan.

Terinspirasi oleh otak manusia

Mereka melatih jaringan saraf (bagian dari pembelajaran mesin yang terinspirasi oleh otak manusia dan meniru cara neuron biologis memberi sinyal satu sama lain) pada simulasi penggabungan galaksi, dan kemudian menerapkan model tersebut pada galaksi yang diamati di luar angkasa.

Hasilnya, mereka mampu mengidentifikasi merger tanpa bias manusia dan mempelajari hubungan antara merger galaksi dan pertumbuhan lubang hitam. Mereka menunjukkan bahwa jaringan saraf mengungguli pengklasifikasi manusia dalam mengidentifikasi merger, dan faktanya, pengklasifikasi manusia cenderung salah mengira galaksi biasa sebagai merger.

Dengan menggunakan metodologi baru ini, para peneliti dapat menunjukkan bahwa merger tidak terkait erat dengan pertumbuhan lubang hitam. Tanda-tanda penggabungan juga umum terjadi di galaksi-galaksi dengan dan tanpa lubang hitam supermasif.

Dengan menggunakan sampel yang sangat besar, yaitu sekitar 8.000 sistem lubang hitam yang bertambah – yang memungkinkan tim mempelajari pertanyaan ini lebih detail – ditemukan bahwa penggabungan hanya menyebabkan pertumbuhan lubang hitam di jenis galaksi yang sangat spesifik: pembentukan bintang. galaksi yang mengandung sejumlah besar gas dingin.

Hal ini menunjukkan bahwa penggabungan galaksi saja tidak cukup untuk menghasilkan lubang hitam: sejumlah besar gas dingin juga harus ada agar lubang hitam dapat berkembang.

Avirett-Mackenzie berkata: “Agar galaksi dapat membentuk bintang, mereka harus mengandung awan gas dingin yang dapat runtuh menjadi bintang. Proses energi tinggi seperti pertambahan lubang hitam supermasif memanaskan gas ini, sehingga membuatnya terlalu energik untuk runtuh atau ia meledak.” dia bangun.” keluar dari galaksi.”

Dia menambahkan: “Pada malam yang cerah Anda hampir dapat melihat proses ini terjadi secara real time dengan Nebula Orion – wilayah pembentuk bintang yang besar di galaksi kita dan yang paling dekat dengan Bumi – di mana Anda dapat melihat beberapa bintang yang memiliki dibentuk baru-baru ini dan lainnya yang masih membentuk merupakan.”

Dr. Carolin Villforth, Associate Professor di Departemen Fisika dan supervisor Avirett-Mackenzie di Bath, mengatakan: “Sampai saat ini, semua orang telah mempelajari merger dengan cara yang sama – melalui klasifikasi visual. Dengan menggunakan metode ini, menggunakan pengklasifikasi ahli yang dapat mendeteksi lebih banyak. Berkat fitur yang halus, kita hanya dapat melihat beberapa ratus galaksi, tidak lebih.

“Penggunaan pembelajaran mesin membuka bidang baru dan sangat menarik di mana Anda dapat menganalisis ribuan galaksi sekaligus. Anda mendapatkan hasil yang konsisten pada sampel yang sangat besar dan Anda dapat melihat berbagai sifat lubang hitam pada waktu tertentu.”

Informasi lebih lanjut:
MS Avirett-Mackenzie dkk., Peningkatan pasca-merger di galaksi khusus Seyfert pembentuk bintang tipe 2: perspektif pembelajaran mendalam, Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society (2024). DOI: 10.1093/mnras/stae183

Disediakan oleh Universitas Bath

Kutipan: Apa yang menyebabkan lubang hitam membesar dan terbentuknya bintang baru? Pembelajaran mesin membantu memecahkan misteri (2024, 5 Maret) Diakses pada 6 Maret 2024, dari https://phys.org/news/2024-03-black-holes-stars-machine-mystery.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Kecuali untuk tindakan bonafid apa pun untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.