Dijelaskan: Dua lubang hitam bergabung berbilion tahun yang lalu, tetapi ia membingungkan saintis sekarang

LIGO dan Virgo mengesan isyarat daripada gelombang graviti yang dikeluarkan dalam penggabungan. Salah satu daripada dua lubang hitam induk adalah jisim pertengahan yang luar biasa, yang mencabar pengetahuan saintifik tradisional. Apakah yang difahami secara umum, dan apakah yang menerangkan saiz luar biasa ini?

Konsep artis yang menggambarkan skema hierarki untuk menggabungkan lubang hitam. (Kredit: LIGO/Caltech/MIT/R Hurt [IPAC])

Berbilion tahun yang lalu, perlanggaran antara dua lubang hitam menghantar gelombang graviti beralun melalui alam semesta. Pada 2019, isyarat daripada gelombang ini ialah dikesan di balai cerap gelombang graviti LIGO (Amerika Syarikat) dan pengesan Virgo (Itali).

Walau bagaimanapun, apa yang menggembirakan saintis ialah jisim salah satu lubang hitam induk, yang menentang pengetahuan tradisional tentang bagaimana lubang hitam terbentuk.

Penemuan dan analisis diterangkan dalam dua kertas penyelidikan. Satu, dalam Surat Semakan Fizikal , memperincikan penemuan dan mencadangkan kemungkinan cara penggabungan luar biasa mungkin berlaku. Kertas yang lain, dalam Surat Jurnal Astrofizik , membincangkan sifat fizikal isyarat.

Apa sebenarnya yang dikesan?

Ia adalah isyarat daripada gelombang graviti, bidang penemuan yang agak baru. Gelombang graviti ialah riak tidak kelihatan yang terbentuk apabila bintang meletup dalam supernova; apabila dua bintang besar mengorbit antara satu sama lain; dan apabila dua lubang hitam bergabung. Mengembara pada kelajuan cahaya, gelombang graviti memerah dan meregangkan apa sahaja di laluan mereka.

Gelombang graviti telah dicadangkan oleh Albert Einstein dalam Teori Umum Relativiti lebih satu abad yang lalu. Hanya pada tahun 2015, bagaimanapun, gelombang graviti pertama sebenarnya dikesan — oleh LIGO. Sejak itu, terdapat beberapa pengesanan gelombang graviti seterusnya.

Isyarat yang dikesan di LIGO dan Virgo, seperti yang diterangkan oleh Kerjasama LIGO, menyerupai kira-kira empat goyangan pendek dan berlangsung kurang daripada satu persepuluh saat.

Dari mana ia datang?

Analisis seterusnya mencadangkan bahawa GW190521 kemungkinan besar telah dihasilkan oleh penggabungan dua lubang hitam. Isyarat itu berkemungkinan mewakili sebaik sahaja kedua-duanya bergabung. Ia dikira berasal dari jarak kira-kira 17 bilion tahun cahaya, dan dari masa alam semesta adalah kira-kira separuh umurnya.

Tetapi penemuan ini membawa kepada soalan lanjut. Salah satu daripada dua lubang hitam yang bergabung jatuh dalam julat jisim pertengahan — ketidaksesuaian yang tidak dapat dijelaskan oleh pengetahuan tradisional tentang cara lubang hitam terbentuk.

Mengapa ia tidak biasa?

Semua lubang hitam yang diperhatikan setakat ini tergolong dalam salah satu daripada dua kategori. Satu kategori berjulat antara beberapa jisim suria (satu jisim suria ialah jisim Matahari kita) dan berpuluh-puluh jisim suria. Ini dianggap terbentuk apabila bintang besar mati.

Kategori lain ialah lubang hitam supermasif. Ini terdiri daripada ratusan ribu, hingga berbilion kali ganda daripada matahari kita.

Menurut pengetahuan tradisional, bintang yang boleh melahirkan lubang hitam antara 65 dan 120 jisim suria tidak berbuat demikian — bintang dalam julat ini berterbangan apabila mereka mati, tanpa runtuh ke dalam lubang hitam.

Tetapi dalam penggabungan yang membawa kepada isyarat GW190521, lubang hitam yang lebih besar ialah 85 jisim suria — dalam julat yang tidak dijangka ini, yang dikenali sebagai jurang jisim ketidakstabilan pasangan. Ia adalah lubang hitam jisim pertengahan pertama yang pernah diperhatikan. (Malah, lubang hitam yang lebih kecil juga adalah sempadan, pada 66 jisim suria.)

Kedua-duanya bergabung untuk mencipta lubang hitam baharu dengan kira-kira 142 jisim suria. Tenaga bersamaan dengan lapan jisim suria telah dikeluarkan dalam bentuk gelombang graviti, membawa kepada gelombang terkuat yang pernah dikesan oleh saintis setakat ini.

Bagaimanakah lubang hitam jisim luar biasa boleh terbentuk?

Para penyelidik mencadangkan bahawa lubang hitam 85-jisim suria bukanlah hasil daripada bintang yang runtuh, tetapi ia sendiri hasil daripada penggabungan sebelumnya. Dibentuk oleh perlanggaran antara dua lubang hitam, kemungkinan lubang hitam baharu itu kemudiannya bergabung dengan lohong hitam 66 jisim suria — membawa kepada gelombang graviti dan isyarat yang diterima oleh LIGO dan Virgo.

Kongsi Dengan Rakan Anda: