Astrofisika dalam krisis? Benda misterius

Oleh Ewan D. Barr pada tanggal 3 Februari

Para peneliti telah mengidentifikasi sistem kosmik misterius yang mungkin berisi objek yang mencakup celah antara bintang neutron dan lubang hitam, menantang klasifikasi astrofisika yang ada dan memperdalam pandangan kita tentang kosmik ekstrem. Kredit: SciTechDaily.com

Para astronom menemukan benda langit yang menentang klasifikasi dan mungkin mengungkap entitas kosmik jenis baru di garis depan ilmu fisika yang diketahui.

Terkadang para astronom menemukan objek di langit yang tidak dapat kita jelaskan dengan mudah. Dalam penelitian baru kami, yang diterbitkan di Sainskami melaporkan penemuan yang kemungkinan besar akan menimbulkan diskusi dan spekulasi.

Bintang neutron adalah salah satu objek terpadat di alam semesta. Ringkasnya seperti inti atom, namun sebesar kota, mereka mendorong batas-batas pemahaman kita tentang materi ekstrem. Semakin berat sebuah bintang neutron, semakin besar kemungkinannya untuk runtuh menjadi sesuatu yang lebih padat: lubang hitam.

Kesan seorang seniman terhadap sistem dengan asumsi bahwa bintang masif pendampingnya adalah lubang hitam. Bintang latar paling terang adalah rekan orbitnya, pulsar radio PSR J0514-4002E. Kedua bintang ini berjarak 8 juta km dan saling mengorbit setiap 7 hari. Kredit: Daniëlle Futselaar (artsource.nl)

Ujung Pemahaman: Bintang Neutron dan Lubang Hitam

Objek-objek astrofisika ini begitu padat dan gaya gravitasinya begitu kuat sehingga intinya—apa pun bentuknya—secara permanen terselubung dari ruang angkasa oleh cakrawala peristiwa: permukaan yang gelap gulita sehingga cahaya tidak dapat lepas darinya.

Jika kita ingin memahami fisika titik kritis antara bintang neutron dan lubang hitam, kita perlu menemukan objek pada batas ini. Secara khusus, kita perlu menemukan objek yang dapat kita ukur secara akurat dalam jangka waktu lama. Dan itulah yang kami temukan – sebuah objek yang jelas-jelas bukan bintang neutron atau lubang hitam.

Gambar Teleskop Luar Angkasa Hubble dari gugus bola NGC 1851. Ucapan Terima Kasih: NASA, ESA dan G. Piotto (Universitas Padua); Pemrosesan: Gladys Kober (NASA/Universitas Katolik Amerika)

Tarian kosmik di NGC 1851

Saat mengamati jauh ke dalam gugus bintang NGC 1851, kami melihat sepasang bintang yang menawarkan pandangan baru tentang materi ekstrem di alam semesta. Sistem ini terdiri dari pulsar milidetik, sejenis bintang neutron yang berputar cepat yang mengirimkan berkas cahaya radio melintasi ruang angkasa saat berputar, dan objek tersembunyi yang sangat besar yang sifatnya tidak diketahui.

Objek masif ini berwarna gelap, artinya ia tidak terlihat pada semua frekuensi cahaya—mulai dari radio hingga optik, sinar-X, dan gamma. Dalam kondisi lain, hal ini akan membuat penelitian menjadi mustahil, namun di sinilah pulsar milidetik dapat menyelamatkan kita.

Pulsar milidetik mirip dengan jam atom kosmik. Rotasinya sangat stabil dan dapat diukur secara akurat dengan mendeteksi gelombang radio reguler yang dihasilkannya. Meskipun secara intrinsik stabil, putaran yang diamati berubah ketika pulsar bergerak atau ketika sinyalnya dipengaruhi oleh medan gravitasi yang kuat. Dengan mengamati perubahan ini, kita dapat mengukur sifat benda di orbit dengan pulsar.

Tim menggunakan teleskop radio sensitif MeerKAT yang terletak di semi-gurun Karoo di Afrika Selatan. Kredit: SARAO

Mengungkap rahasia dengan MeerKAT

Tim astronom internasional kami menggunakan teleskop radio MeerKAT di Afrika Selatan untuk melakukan pengamatan terhadap sistem yang dikenal sebagai NGC 1851E.

Hal ini memungkinkan kami mendeskripsikan orbit kedua objek secara akurat, menunjukkan bahwa titik pendekatan terdekatnya berubah seiring waktu. Perubahan seperti itu dijelaskan oleh teori relativitas Einstein, dan laju perubahan memberi tahu kita tentang gabungan massa benda-benda dalam sistem.

Pengamatan kami mengungkapkan bahwa sistem NGC 1851E berbobot hampir empat kali massa Matahari kita, dan bahwa satelit gelapnya, seperti pulsar, merupakan objek kompak – jauh lebih padat daripada bintang normal. Bintang neutron paling masif memiliki berat sekitar dua massa matahari, jadi jika ini adalah sistem bintang neutron biner (sistem yang terkenal dan dipelajari), ia harus memuat dua bintang neutron terberat yang pernah ditemukan.

Untuk mengungkap sifat pendampingnya, kita perlu memahami bagaimana massa dalam sistem didistribusikan di antara bintang-bintang. Sekali lagi dengan menggunakan teori relativitas umum Einstein, kami dapat memodelkan sistem secara detail dan menemukan bahwa massa pengiringnya berkisar antara 2,09 dan 2,71 kali massa Matahari.

Massa pendampingnya termasuk dalam “celah massa lubang hitam”, yang terletak di antara bintang-bintang neutron terberat, yang diperkirakan bermassa sekitar 2,2 massa matahari, dan lubang hitam keruntuhan bintang yang paling ringan, sekitar 5 massa matahari. Sifat dan pembentukan objek di celah ini merupakan pertanyaan yang belum terselesaikan dalam astrofisika.

Kandidat yang mungkin

Jadi apa sebenarnya yang kami temukan?

Potensi sejarah pembentukan pulsar radio NGC 1851E dan bintang pendampingnya yang eksotik. Kredit: Thomas Tauris (Universitas Aalborg / MPIfR)

Kemungkinan yang menarik adalah kita telah menemukan pulsar di orbit sekitar sisa-sisa penggabungan (tabrakan) dua bintang neutron. Konfigurasi yang tidak biasa ini dimungkinkan berkat gugusan bintang yang padat di NGC 1851.

Di lantai dansa bintang yang ramai ini, para bintang akan berputar satu sama lain dan bertukar pasangan dalam waltz tanpa akhir. Jika dua bintang neutron secara tidak sengaja bertabrakan terlalu berdekatan, tarian mereka akan berakhir dengan bencana.

Lubang hitam yang tercipta dari tabrakan mereka, yang jauh lebih ringan dibandingkan lubang hitam yang terbentuk dari bintang-bintang yang runtuh, kemudian bebas berkeliaran di dalam gugus hingga menemukan sepasang penari waltz lainnya dan masuk dengan cara yang agak kasar – menendang keluar pasangan yang lebih ringan tersebut. selama. Mekanisme benturan dan pertukaran inilah yang dapat memunculkan sistem yang kita amati saat ini.

Kelanjutan Pencarian

Kami belum selesai dengan sistem ini. Pekerjaan sedang dilakukan untuk secara meyakinkan mengidentifikasi sifat sebenarnya dari pendamping tersebut dan mengungkap apakah kita telah menemukan lubang hitam paling ringan atau bintang neutron paling masif – atau mungkin tidak sama sekali.

Pada antarmuka antara bintang neutron dan lubang hitam, selalu ada kemungkinan adanya objek astrofisika baru yang belum diketahui.

Banyak spekulasi yang pasti akan mengikuti penemuan ini, namun yang jelas adalah bahwa sistem ini memberikan harapan besar untuk memahami apa yang sebenarnya terjadi pada materi di lingkungan paling ekstrem di luar angkasa.

Ditulis oleh:

Ewan D. Barr – Ilmuwan Proyek untuk Transien dan Pulsar dengan kolaborasi MeerKAT (TRAPUM), Institut Max Planck untuk Astronomi Radio Arunim Dutt – Mahasiswa PhD di Unit Penelitian Fisika Fundamental di Radio Astronomi, Institut Max Planck untuk Astronomi Radio Benjamin Stappers – Profesor Astrofisika, Universitas Manchester

Diadaptasi dari artikel yang awalnya diterbitkan di The Conversation.