Wow Astronom Temukan Sistem Tiga Lubang Hitam Pertama

ASTRONOM menemukan sistem "tiga lubang hitam" pertama, yang terdiri dari sebuah lubang hitam yang rakus memakan bintang pendampingnya. Sementara diorbit oleh bintang lain yang lebih jauh dan berhati-hati.

Lubang hitam terbentuk selama kematian bintang-bintang masif dalam ledakan supernova, tetapi penemuan mengejutkan ini dapat menunjukkan proses kelahiran lubang hitam yang lebih lembut yang disebut "keruntuhan langsung." Hal ini karena jika asal usul lubang hitam ini lebih dahsyat, itu akan memberikan "tendangan pra-natal" yang akan melontarkan bintang jauh yang terikat secara longgar dari sistem tiga bintang ini.

Sistem yang dimaksud adalah V404 Cygni, terletak di dalam galaksi Bima Sakti, sekitar 8.000 tahun cahaya dari Bumi. "Biner sinar-X" dari lubang hitam dan bintang korbannya ini sudah dikenal sebelumnya dan telah banyak dipelajari. Namun, investigasi lebih mendalam yang dilakukan tim yang dipimpin Kevin Burdge dari Massachusetts Institute of Technology (MIT) mengungkapkan bahwa sistem biner ini sebenarnya berada di pusat dari sistem tiga bintang.

Baca juga : Astronom Menemukan Kelas Baru Lubang Hitam Raksasa yang Jauh Lebih Besar dari Supermasif

Para ilmuwan berpikir sebagian besar lubang hitam terbentuk dari ledakan bintang yang dahsyat, tetapi penemuan ini membantu mempertanyakan hal tersebut.

"Sistem ini sangat menarik untuk evolusi lubang hitam, dan ini juga menimbulkan pertanyaan apakah ada lebih banyak sistem tiga seperti ini di luar sana," kata Burdge kepada Space.com. "Fakta bintang ini masih terikat sangat mengejutkan karena ini menunjukkan ia menerima tendangan pra-natal berenergi rendah."

"Secara keseluruhan, tidak mengherankan lubang hitam seharusnya ada di sistem tiga bintang, karena sebagian besar bintang masif berada di sistem tiga bintang, tetapi yang mengejutkan adalah bahwa sistem ini berhasil mempertahankan konfigurasi tiga bintang setelah lubang hitam terbentuk."

Baca juga : Penemuan Quasar dengan Angin Kuat di Galaksi Paling Awal Menghentikan Pembentukan Bintang

Tim tersebut menemukan bahwa sementara "bintang korban" dari lubang hitam ini mengorbit dalam waktu hanya 6,5 hari Bumi, bintang ketiga yang baru ditemukan dalam sistem ini mengorbit raksasa kosmik yang rakus itu begitu jauh sehingga hanya menyelesaikan satu orbit setiap 70.000 tahun Bumi.

"Penemuan ini sebenarnya hanya kebetulan yang menyenangkan! Saya hanya melihat gambar V404 Cygni dan memperhatikan bahwa itu berada dalam sistem tiga bintang," kata Burdge. "Apa yang kemudian kami temukan adalah bahwa lubang hitam di V404 Cygni kemungkinan lahir tanpa tendangan pra-natal."

"Ini tidak berarti bahwa semua lubang hitam tidak menerima tendangan pra-natal, tetapi ini menunjukkan bahwa setidaknya beberapa bisa terbentuk tanpa tendangan tersebut."

Baca juga : Astronom Menemukan Semburan Jet Kembar Terbesar dari Lubang Hitam

Lubang hitam yang terkenal masih menyimpan rahasia

Para astronom mengetahui tentang supernova yang menyertai kematian bintang masif, setelah kehabisan bahan bakar nuklir di intinya dan tidak lagi mampu menopang dirinya terhadap gravitasi mereka sendiri selama berabad-abad.

Ketika teori relativitas umum Einstein menempatkan para ilmuwan di jalur yang mengarah pada penemuan lubang hitam dan bintang neutron, ledakan kosmik yang terang dan dahsyat ini dengan cepat dikaitkan dengan proses kelahiran dari "mayat bintang" yang sangat padat ini.

Kekuatan dahsyat dari peristiwa-peristiwa ini berarti mereka seringkali lebih terang daripada gabungan cahaya semua bintang di galaksi yang mengelilinginya. Ini juga berarti mereka memberikan tendangan energik pada bintang-bintang yang mengorbit saat meledak.

Baca juga : Teka-Teki Lubang Hitam Supermasif di Alam Semesta Awal Belum Terpecahkan

"Tendangan pra-natal adalah momentum bersih yang diterima lubang hitam setelah lahir. Jadi, misalnya, jika terjadi supernova dan materi terlempar secara asimetris, untuk melestarikan momentum, lubang hitam ditendang ke arah yang berlawanan dengan materi tersebut," kata Burdge. 

"Sangat sulit untuk membatasi tendangan pra-natal ini sebagian karena kami hanya memiliki sedikit lubang hitam yang diketahui di Bima Sakti, dan juga karena tidak banyak cara yang baik untuk mengukurnya selain melalui pendamping sistem tiga bintang yang lebar seperti yang terlihat di sistem ini."

Bintang yang dekat dan terikat kuat secara gravitasi dengan lubang hitam baru mungkin bertahan dari energi yang diterima dari ledakan supernova ini dan tetap berada di sistem tersebut. Namun, kekuatan gravitasi dengan cepat melemah seiring jarak yang semakin besar, yang berarti bahwa bintang-bintang jauh yang tidak terikat erat oleh lubang hitam akan terlempar keluar dan berkeliaran di kosmos sebagai "bintang pengembara."

"Bayangkan Anda menarik layang-layang, dan alih-alih tali yang kuat, Anda menariknya dengan jaring laba-laba," Burdge menjelaskan dalam pernyataan dari MIT. "Jika Anda menarik terlalu keras, jaring akan putus, dan Anda akan kehilangan layang-layang. Gravitasi seperti tali yang terikat dengan sangat lemah, dan jika Anda melakukan sesuatu yang dramatis pada biner bagian dalam, Anda akan kehilangan bintang luar."

Tiga bukan keramaian bagi lubang hitam ini

Sebelum menjawab pertanyaan ini, tim pertama-tama harus memastikan bintang jauh ini mengorbit biner bagian dalam V404 Cygni. Mereka melakukannya dengan menggunakan pengamatan selama 10 tahun dari teleskop luar angkasa Gaia, sebuah wahana antariksa yang memantau secara presisi gerakan miliaran bintang di Bima Sakti.

Tim tersebut menemukan bintang-bintang itu memang bergerak secara bersamaan, dan menemukan kemungkinan gerakan seperti ini disebabkan oleh bintang-bintang yang tidak berbagi sistem yang sama adalah sekitar satu dari 10 juta. Mereka juga menentukan bintang luar berada 3.500 kali lebih jauh dari lubang hitam pusat daripada jarak Bumi dari matahari kita.

"Fakta bahwa kita bisa melihat dua bintang yang terpisah sejauh ini sebenarnya berarti bahwa bintang-bintang tersebut harus sangat berjauhan," kata Burdge dalam pernyataannya. "Ini hampir pasti bukan kebetulan atau kecelakaan. Kami melihat dua bintang yang saling mengikuti karena mereka terikat oleh tali gravitasi yang lemah ini. Jadi ini harus menjadi sistem tiga bintang."

Untuk menentukan mengapa bintang luar dari sistem ini tidak terlempar ke luar angkasa, Burdge menjalankan sejumlah simulasi untuk melihat bagaimana sistem tiga lubang hitam ini dapat berevolusi menjadi keadaan saat ini dan tetap mempertahankan bintang luarnya.

Setiap simulasi dimulai dengan tiga bintang, salah satunya kemudian berubah menjadi lubang hitam. Ledakan supernova diperkenalkan ke dalam simulasi, yang dijalankan oleh Burdge puluhan ribu kali, dengan memvariasikan jumlah energi yang dilepaskan dan arah pelepasan energi tersebut. Hanya sedikit dari simulasi ini yang menghasilkan sistem tiga lubang hitam.

Sebagian besar, satu-satunya simulasi yang mereplikasi pengamatan tim terhadap sistem ini adalah yang menghilangkan ledakan supernova dan melihat lubang hitam terbentuk melalui keruntuhan langsung.

"Sebagian besar simulasi menunjukkan bahwa cara termudah untuk membuat sistem tiga ini berhasil adalah melalui keruntuhan langsung," kata Burdge.

Menemukan bahwa bintang luar ini terkait dengan V404 Cygni juga membantu tim menentukan usia sistem tiga lubang hitam ini. Itu karena bintang jauh tersebut sedang dalam proses berubah menjadi bintang raksasa merah, sesuatu yang terjadi saat bintang bergerak keluar dari fase deret utama dan membesar hingga 100 kali lipat dari lebar aslinya.

"Badan ketiga ini sebenarnya cukup menarik! Selain orbitnya yang sangat luas, bintang tersebut kebetulan sedang berkembang menjadi raksasa merah sekarang, yang memungkinkan kami mengetahui usia sistem ini," kata Burdge melalui email.

Tim tersebut menentukan dari transformasi ini bahwa bintang luar berusia sekitar 4 miliar tahun dan menyimpulkan bahwa seluruh sistem berbagi usianya. Ini adalah pertama kalinya para ilmuwan melakukan proses penentuan usia semacam itu.

"Kami belum pernah bisa melakukan ini sebelumnya untuk lubang hitam tua," kata Burdge. "Sekarang kami tahu V404 Cygni adalah bagian dari sistem tiga bintang; sistem ini mungkin terbentuk dari keruntuhan langsung, dan terbentuk sekitar 4 miliar tahun yang lalu, berkat penemuan ini."

Tim tersebut masih memiliki pertanyaan tentang sifat sistem ini, yang akan mereka selidiki selain mencari lebih banyak sistem tiga lubang hitam.

"Salah satu pertanyaan terbesar adalah bagaimana orbit pendamping luar — apakah melingkar atau eksentrik? Kami akan mencoba mengukurnya menggunakan instrumen yang disebut GRAVITY di Teleskop Sangat Besar Eropa (VLT)," Burdge menyimpulkan dalam emailnya. "Saat ini, ini adalah satu-satunya sistem tiga lubang hitam yang diketahui, tetapi kami sedang melakukan kampanye berkelanjutan untuk menemukan lebih banyak!" (Space/Z-3)