Perubahan Cepat yang Terdeteksi di Lubang Hitam Dapat Menjelaskan Asal Mula Radiasi Paling Energik di Alam Semesta

Ilmuwan dari Universitas Valencia mendeteksi perubahan cepat pada a lubang hitam yang dapat membantu memahami asal mula semburan sinar gamma.

Sebuah tim dari Observatorium Astronomi Universitas Valencia telah berhasil mengamati lubang hitam galaksi aktif PKS1830-211 tepat selama peristiwa energi sinar gamma paling kejam yang pernah tercatat di sumber tersebut. Para ilmuwan telah menemukan perubahan yang sangat cepat dalam struktur medan magnetnya yang mengkonfirmasi prediksi mannequin utama produksi sinar gamma di lubang hitam. Fenomena tersebut, diamati melalui ALMA teleskop, menyumbangkan knowledge baru untuk studi tentang asal usul radiasi paling energik di alam semesta.

Beberapa lubang hitam yang paling masif dan jauh di alam semesta memancarkan radiasi yang sangat energik, yang disebut 'sinar gamma'. Jenis radiasi ini terjadi, misalnya, ketika massa diubah menjadi energi selama reaksi fisi yang menjalankan reaktor nuklir. Bumi. Tetapi dalam kasus lubang hitam, radiasi gamma bahkan lebih energik daripada yang diperoleh di reaktor nuklir dan dihasilkan oleh proses yang sangat berbeda; Di sana, sinar gamma diciptakan oleh tabrakan antara sinar cahaya dan partikel yang sangat berenergi, lahir di sekitar lubang hitam melalui mekanisme yang masih kurang dipahami.

Sebagai hasil dari tabrakan antara cahaya dan materi ini, partikel energik memberikan hampir semua momentumnya ke sinar cahaya dan mengubahnya menjadi radiasi gamma yang akhirnya mencapai Bumi.

Komunitas ilmuwan astronomi mencurigai bahwa tabrakan ini terjadi di daerah yang diliputi oleh medan magnet kuat yang mengalami proses yang sangat bervariasi, seperti turbulensi dan koneksi kembali magnet – medan magnet yang bergabung bersama melepaskan sejumlah energi yang mencengangkan – yang dapat terjadi dalam semburan materi. diusir oleh lubang hitam. Tapi menyelidiki medan magnet ini sejauh ini dari Bumi – beberapa lubang hitam ini berjarak miliaran tahun cahaya – membutuhkan instrumentasi yang sangat sensitif dan untuk menemukan momen yang tepat ketika emisi energi tinggi terjadi.

Inilah yang telah dicapai oleh tim peneliti yang dipimpin oleh Iván Martí-Vidal, peneliti CIDEGENT dari Pemerintah Valencia di Observatorium Astronomi dan Departemen Astronomi Universitas Valencia, dan penulis utama dari karya ini, telah dicapai. Tim ini telah menggunakan ALMA (Atacama Giant Millimeter Array), teleskop paling sensitif di dunia pada panjang gelombang milimeter, untuk mendapatkan informasi yang tepat tentang medan magnet lubang hitam yang jauh, pada saat partikel energik menghasilkan sejumlah besar gamma. radiasi.

Dalam artikel yang baru diterbitkan di jurnal Astronomi & Astrofisika, para ilmuwan melaporkan pengamatan lubang hitam yang disebut PKS1830-211, terletak lebih dari sepuluh miliar tahun cahaya dari Bumi. Pengamatan ini menunjukkan bahwa medan magnet di wilayah di mana partikel paling energik dari jet lubang hitam diproduksi sedang mengubah strukturnya terutama dalam interval waktu hanya beberapa menit. “Ini menyiratkan bahwa proses magnetik berasal dari daerah yang sangat kecil dan bergolak, seperti yang diprediksi oleh mannequin utama produksi sinar gamma di lubang hitam, yang menghubungkan turbulensi dengan radiasi gamma,” jelas Ivan Martí-Vidal. “Di sisi lain, perubahan yang kami deteksi terjadi selama episode sinar gamma yang sangat kuat, yang memungkinkan kami menghubungkannya dengan kuat dengan emisi energi tinggi. Semua ini membawa kita sedikit lebih dekat untuk memahami asal usul radiasi paling energik di alam semesta, ”tambahnya.

Polarisasi Lubang Hitam

Animasi yang menunjukkan perubahan polarisasi salah satu gambar lubang hitam (bagian atas) dibandingkan dengan gambar lain dari objek yang sama (bagian bawah), yang tertunda sekitar 27 hari sehubungan dengan gambar pertama. Gambar waktu tertunda sesuai dengan lubang hitam sebelum ledakan energi tinggi terjadi. Kredit: Universitas Valencia

Interferometri dan algoritma baru

Untuk menganalisis knowledge ini, tim Martí-Vidal telah menggunakan teknik analisis lanjutan yang memungkinkan mereka memperoleh informasi tentang sumber yang berubah dengan cepat dari pengamatan interferometri, seperti yang diperoleh dengan ALMA. “Interferometri memberi kita kekuatan untuk mengamati alam semesta dengan tingkat element yang tak tertandingi; Bahkan, teknik yang menjadi dasar Occasion Horizon Telescope (EHT), yang baru-baru ini memperoleh gambar pertama lubang hitam, ”kata Martí-Vidal. “Sebagian dari proyek CIDEGENT kami, pada kenyataannya, didedikasikan untuk mengembangkan algoritme seperti yang telah kami gunakan dalam pengamatan ALMA ini, tetapi berlaku untuk knowledge yang jauh lebih kompleks seperti yang dari EHT, yang akan memungkinkan kami untuk merekonstruksi, dalam dalam waktu dekat, 'movie' lubang hitam, bukan gambar belaka, ”kata astronom dari Universitas Valencia.

Alejandro Mus, peneliti predoktoral CIDEGENT di Departemen Astronomi UV dan salah satu penulis artikel, mengembangkan tesis doktoralnya di bidang ini. “Dalam proyek EHT, ada banyak ahli dari berbagai institusi bekerja tanpa waktu untuk menyelesaikan masalah variabilitas sumber yang cepat,” kata Mus. “Saat ini, algoritme yang kami kembangkan bekerja dengan knowledge ALMA dan telah memungkinkan kami memperoleh informasi penting tentang bagaimana medan magnet yang terkait dengan PKS1830-211 berubah dalam skala beberapa puluh menit. Kami berharap dapat segera berkontribusi pada EHT dengan algoritme yang lebih canggih yang kami gunakan, ”tutupnya.

Dalam penelitian tersebut, peneliti dari Departemen Luar Angkasa, Bumi dan Lingkungan, <span data-cmtooltip = "Universitas Teknologi Chalmers adalah penelitian intensif universitas yang berlokasi di Gothenburg, Swedia yang didirikan pada tahun 1829 mengikuti sumbangan dari William Chalmers, direktur Perusahaan Hindia Timur Swedia. Ini berfokus pada teknologi, sains, arsitektur, dan pengiriman. "Class =" glossaryLink "> Universitas Teknologi Chalmers, Onsala Area Observatory (Swedia), Institute for Astrophysical Analysis, Boston College (USA) dan Institute of Astrophysics of Andalusia, CSIC (Granada) telah bekerja sama dengan College of Valencia.

Referensi: “Pengamatan polarisasi penuh ALMA pada PKS 1830−211 selama suar yang memecahkan rekor tahun 2019” oleh I. Marti-Vidal, S. Muller, A. Mus, A. Marscher, I. Agudo dan JL Gomez, 30 Juni 2020 , Astronomi & Astrofisika.
DOI: 10.1051 / 0004-6361 / 202038094