Mekanisme Keberhasilan Bintang Kecil Menghindari Kematian Lubang Hitam dalam Sistem Biner

KEMATIAN akibat lubang hitam tidak selalu tak terhindarkan bagi bintang-bintang yang ada dalam sistem biner, dengan salah satu lubang hitam kosmik ini.

Mungkin ada cara bagi bintang-bintang kecil dalam sistem seperti ini untuk menghindari takdir yang diharapkan: supernova yang dahsyat yang berakhir dengan penciptaan lubang hitam lain. Mekanisme yang diperkirakan ini juga diyakini akan mengubah bintang kecil menjadi santapan bagi pasangan lubang hitam mereka.

Penemuan ini datang berkat dua sistem lubang hitam biner yang aneh yang ditemukan teleskop luar angkasa Gaia yang melacak bintang dengan presisi tinggi. Sistem-sistem ini sebenarnya mengandung dua lubang hitam terdekat dengan Bumi.

Baca juga : Astronom Temukan Lubang Hitam Purba Tertua, Berusia Miliaran Tahun

Lubang hitam ini diberi nama BH1 dan BH2 dan terletak hanya 1.560 dan 3.800 tahun cahaya dari Bumi, mengarah ke konstelasi Ophiuchus. Sistem tempat mereka berada mengandung bintang-bintang dalam orbit luas yang tidak sedang disantap pasangan lubang hitam mereka dan masih berada di tahap evolusi yang sama dengan matahari.

Ini luar biasa, karena bintang pendamping seharusnya tidak dapat bertahan setelah bintang pasangan besar mereka berubah menjadi lubang hitam. Itu karena transformasi menjadi lubang hitam sangat kekerasan dan bergejolak, membuat bintang-bintang besar membesar dan menelan pendamping mereka sebelum meledak dan memukul pendamping yang lebih kecil dengan material bintang dan energi cukup untuk menghancurkan atau mengeluarkan mereka dari orbit. Artinya, bintang pendamping kecil untuk lubang hitam umumnya akan dihancurkan, dilahap, atau dieliminasi.

Takdir ini umumnya dipastikan interaksi seperti transfer massa antara bintang pendamping kecil dan bintang besar yang melahirkan lubang hitam, atau "bintang progenitor," sebelum kematian mereka.

Baca juga : Ilmuwan Temukan Pecahan Lubang Hitam yang Menciptakan Jejak Bintang Baru

Kami menyelidiki cara untuk menghindari interaksi antara bintang progenitor lubang hitam dengan pendampingnya," kata penulis utama penelitian, Matthias Kruckow.

Hasil ini akan mengejutkan Anda

Dengan massa sekitar 10 kali massa matahari, bintang yang mati untuk melahirkan lubang hitam BH1 dan BH2 seharusnya cukup besar sehingga mereka berinteraksi dengan bintang pendamping mereka yang lebih kecil selama kematian mereka.

Jika ini memang terjadi, maka bintang pendamping BH1 dan BH2 seharusnya dipaksa keluar dari masa hidup urutan utama mereka; tahap ini mencakup 90% dari kehidupan bintang, di mana bintang tersebut adalah bintang biasa seperti matahari yang membakar hidrogen untuk membentuk helium di intinya. Namun, tampaknya bintang pendamping BH1 dan BH2 mungkin masih berada dalam fase urutan utama, meskipun ini belum jelas.

Baca juga : Para Astronom Temukan Kuburan Bintang Mati di Galaksi Bima Sakti

Selain itu, transfer massa antara bintang pendamping dan bintang yang mati untuk menciptakan lubang hitam ini seharusnya memperketat orbit sistem-sistem ini.

Dalam kasus ini, sistem berkembang dengan lubang hitam dalam biner dengan bintang pendamping. Namun, dalam kasus-kasus itu, bintang pendamping dalam orbit yang rapat akan begitu dekat dengan lubang hitam sehingga titans kosmik ini mulai mengikis material bintang. Material ini akan membentuk cakram materi di sekitar lubang hitam yang secara bertahap memberinya makan.

Gravitasi luar biasa dari lubang hitam menyebabkan timbulnya gaya pasang surut yang sangat besar dalam cakram akresi, menyebabkan gesekan dan pemanasan yang mengarah pada emisii radiasi elektromagnetik, termasuk sinar-X.

Baca juga : Misteri Ledakan Radio Cepat, Tabrakan Asteroid dan Bintang Neutron?

Oleh karena itu, biner lubang hitam/bintang biasanya diidentifikasi dengan emisi sinar-X yang kuat. Namun, sistem BH1 dan BH2 tidak memiliki tanda-tanda sinar-X ini.

Jika bintang-bintang tersebut cukup dekat dengan pasangan lubang hitam mereka, mereka bahkan bisa terjepit dan diperas menjadi bentuk seperti mie bintang oleh gravitasi luar biasa dan gaya pasang surut yang dihasilkan di dalamnya.

Kematian ini akibat "spaghettifikasi" dan pemangsaan material bintang dikenal sebagai Peristiwa Gangguan Pasang Surut atau "TDE". Peristiwa ini terkait dengan emisi radiasi yang terang. Dan sekali lagi, ini adalah sesuatu yang berhasil dihindari oleh bintang-bintang di sekitar BH1 dan BH2.

Jawabannya ada pada angin

Mengikuti evolusi bintang-bintang dengan massa lebih dari 80 kali massa matahari, Krucow dan timnya menemukan solusi dan mekanisme kelangsungan hidup potensial untuk bintang-bintang kecil di sekitar lubang hitam.

Kruckow menjelaskan kunci kelangsungan hidup adalah angin kuat yang bertiup dari bintang yang sangat masif dengan konsentrasi elemen yang lebih berat dari hidrogen dan helium, yang disebut astronom sebagai "logam."

Angin ini tidak hanya membantu mencegah terjadinya transfer massa antara bintang-bintang sebelum lubang hitam terbentuk, tetapi juga menyebabkan bintang progenitor yang masif kehilangan massa dan mengecil. Angin kuat dari bintang masif juga mendorong bintang pendamping ke dalam orbit yang lebih lebar.

Elemen-elemen ini membantu melindungi bintang pendamping dari ditelan saat pasangan besar mereka meledak menjadi supernova. Faktor yang sama juga menciptakan orbit yang lebih lebar yang mencegah bintang tersebut mengalami kematian yang mengerikan akibat TDE atau dimangsa pasangan lubang hitam mereka.

Fakta bahwa baik BH1 maupun BH2 memiliki massa yang serupa menunjukkan kepada tim bahwa kedua sistem mengikuti saluran evolusi yang sama.

"Hal ini membuka pemahaman bahwa angin pada berbagai fase evolusi bintang bertanggung jawab atas karakteristik yang berbeda dari sistem biner jenis ini," kata Kruckow.

Gaia juga telah menemukan sistem lubang hitam biner ketiga, yang menurut Kruckow tampaknya merupakan sistem yang berbeda.

"Gaia BH3 sangat berbeda dalam banyak aspek, tidak hanya massa yang berbeda, tetapi pendampingnya memiliki metalisitas yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan Gaia BH1 dan BH2," kata Kruckow. "Selain itu, Gaia BH3 terkait dengan aliran bintang, yang diyakini merupakan sisa-sisa gugus bintang."

Meskipun angin ini dan biner lebar yang dibantu oleh angin ini bermanfaat bagi kelangsungan hidup bintang kecil di sekitar lubang hitam, mereka sedikit menghambat astronom yang mencari sistem-sistem tersebut.

Kruckow menjelaskan bahwa orbit yang lebih lebar ini awalnya membuat sulit untuk mengonfirmasi BH1 dan BH2 sebagai biner karena astronom hanya bisa mengamati elemen-elemen bintang mirip matahari sementara pasangan lubang hitam mereka tetap tidak terlihat.

"Selain itu, periode waktu yang lama diperlukan untuk mengamati kembali bintang tersebut dalam waktu yang lama untuk menutupi seluruh orbit. Ini diperlukan untuk membedakan biner dari perlintasan acak," tambah Kruckow.

Peneliti ini menjelaskan Gaia dirancang membuat gambar dengan resolusi sangat tinggi, yang memungkinkan perbandingan gambar untuk melihat pergerakan kecil dari bintang-bintang jauh tersebut.

"Saat ini, ini adalah satu-satunya cara untuk mendeteksi sistem biner lubang hitam/bintang yang lebar ini," kata Kruckow.

"Sayangnya, masih sangat tidak pasti seberapa umum sistem seperti BH1 dan BH2 ini, tetapi kami berharap dapat menemukan ratusan hingga ribuan sistem semacam ini di galaksi kita," kata Kruckow. "Ketidakpastian ini datang dari kurangnya pengetahuan tentang bintang-bintang yang sangat masif yang membentuk lubang hitam. Terutama ketika bintang-bintang tersebut berada dalam biner."

Meskipun ada ketidakpastian ini, tim berharap Gaia dapat menemukan beberapa persen dari biner-biner ini di Bima Sakti.

"Oleh karena itu, kami berharap puluhan hingga seratus dapat ditemukan dengan rilis data yang akan datang dari Gaia," kesimpulan Kruckow. (space/Z-3)