Lubang hitam memicu ledakan supernova prematur – pengamatan pertama dari jenis supernova yang sama sekali baru

Ilustrasi ini menunjukkan sebuah bintang besar yang akan meledak. Ledakan dipicu setelah pendampingnya, bintang mati (lubang hitam atau bintang neutron) jatuh ke inti bintang. Para ilmuwan mengatakan bahwa lubang hitam atau bintang neutron bertabrakan dengan bintang masif, dan kemudian, saat ia melakukan perjalanan ke daratan selama berabad-abad, mengeluarkan pusaran material dari atmosfer bintang (dalam gambar di sekitar bintang). Ketika mencapai inti bintang, materi dari inti dengan cepat jatuh ke mayat bintang, melepaskan sepasang pancaran hampir dengan kecepatan cahaya. Dalam penggambaran artis ini, jet ditampilkan menembus bintang, segera memicu ledakan supernova. Setelah beberapa tahun, supernova akan menghancurkan sebagian besar spiral yang terlontar, yang membentang hingga sekitar 10.000 kali ukuran bintang. Ini akan membuat sumber radio transien bercahaya yang diamati oleh array yang sangat besar. Kredit: Chuck Carter

Para ahli teori telah meramalkan pengamatan pertama dari jenis supernova yang sama sekali baru, tetapi belum pernah dikonfirmasi sebelumnya.

Pada tahun 2017, sumber gelombang radio yang bercahaya dan tidak biasa ditemukan dalam data yang ditangkap oleh Very Large Array Sky Survey (VLA), sebuah proyek yang memindai langit malam dengan panjang gelombang radio. Sekarang, dipimpin oleh mahasiswa pascasarjana Caltech Dillon Dong (MS ’18), sebuah tim astronom telah menentukan bahwa cahaya radio yang terang disebabkan oleh Lubang hitam atau bintang neutron Dia bertabrakan dengan bintang pendampingnya dalam proses yang belum pernah terjadi sebelumnya.

“Bintang besar biasanya meledak sebagai supernova ketika bahan bakar nuklirnya habis,” kata Greg Hallinan, profesor astronomi di Caltech. “Tapi dalam kasus ini, lubang hitam gas atau bintang neutron menyebabkan bintang pendampingnya meledak sebelum waktunya.” Ini adalah pertama kalinya ledakan supernova yang disebabkan oleh penggabungan telah dikonfirmasi.

Sebuah makalah tentang hasil telah diterbitkan di jurnal Sains Pada 3 September 2021.

Terang bersinar di langit malam

Hallinan dan timnya mencari apa yang disebut transien radio – sumber gelombang radio berumur pendek yang bersinar terang dan menyala dengan cepat seperti korek api di ruangan yang gelap. Pemancar radio adalah cara terbaik untuk mengidentifikasi peristiwa astronomi yang tidak biasa, seperti ledakan bintang masif dan pelepasan jet energik atau penggabungan bintang neutron.

Dillon Dong, dengan antena radio 40 meter di Observatorium Radio Owens Valley Caltech di latar belakang.

Saat Dong menyaring kumpulan data besar VLA, dia memilih sumber gelombang radio yang sangat bercahaya dari survei VLA yang disebut VT 1210 + 4956. Sumber ini dikaitkan dengan transien radio paling terang yang terkait dengan supernova.

Dong menentukan bahwa energi radio yang terang pada awalnya adalah sebuah bintang yang dikelilingi oleh kerak gas yang tebal dan padat. Cangkang gas ini telah dikeluarkan dari bintang beberapa ratus tahun sebelum hari ini. VT 1210+4956, Radio Transient, terjadi ketika bintang akhirnya meledak dalam supernova dan materi yang dilepaskan dari ledakan tersebut berinteraksi dengan selubung gas. Namun, proyektil gas itu sendiri, dan garis waktu peluncurannya dari bintang, tidak biasa, jadi Dong menduga mungkin ada lebih banyak cerita tentang ledakan ini.

Dua peristiwa yang tidak biasa

Setelah penemuan Dong, mahasiswa pascasarjana Caltech Anna Ho (PhD ’20) menyarankan agar transit radio ini dibandingkan dengan indeks berbeda dari peristiwa terang singkat dalam spektrum sinar-X. Beberapa peristiwa sinar-X berumur pendek sehingga hanya ada di langit selama beberapa detik waktu Bumi. Dengan memeriksa katalog lain ini, Dong menemukan sumber sinar-X yang berasal dari tempat yang sama di langit dengan VT 1210 + 4956. Melalui analisis yang cermat, Dong membuktikan bahwa sinar-X dan gelombang radio kemungkinan berasal dari peristiwa yang sama.

Greg Hallinan

“Sinar-X sementara adalah peristiwa yang tidak biasa – mereka menunjukkan pelepasan jet relativistik pada saat ledakan,” kata Dong. Cahaya radioluminescent menunjukkan bahwa bahan dari ledakan itu kemudian bertabrakan dengan cincin besar gas padat yang telah dikeluarkan dari bintang berabad-abad yang lalu. Kedua peristiwa ini belum dikaitkan satu sama lain, dan sangat jarang terjadi dengan sendirinya.”

memecahkan teka-teki

jadi apa yang terjadi? Setelah pemodelan yang cermat, tim telah mengidentifikasi penjelasan yang paling mungkin – sebuah peristiwa yang melibatkan beberapa pemain kosmik yang diketahui menghasilkan gelombang gravitasi.

Mereka berspekulasi bahwa sisa-sisa kompak dari bintang yang meledak sebelumnya – lubang hitam atau bintang neutron – segera mengorbit sebuah bintang. Seiring waktu, lubang hitam mulai menarik atmosfer bintang pendampingnya dan menembakkannya ke luar angkasa, membentuk torus gas. Proses ini membawa kedua benda itu semakin dekat hingga lubang hitam itu jatuh ke dalam bintang, menyebabkan bintang itu runtuh dan meledak sebagai supernova.

Sinar-X dihasilkan oleh jet yang ditembakkan dari inti bintang saat runtuh. Sebaliknya, gelombang radio diproduksi bertahun-tahun kemudian ketika bintang yang meledak mencapai torus gas yang dikeluarkan oleh tubuh terkompresi yang naik.

Para astronom tahu bahwa bintang masif dan objek kompak yang menyertainya dapat membentuk apa yang disebut orbit stabil, di mana kedua objek secara bertahap berputar semakin dekat selama periode waktu yang sangat lama. Proses ini membentuk sistem biner yang stabil selama jutaan hingga miliaran tahun tetapi pada akhirnya akan bertabrakan dan memancarkan jenis gelombang gravitasi yang terdeteksi oleh Lego di sebuah 2015 dan 2017.

Namun, dalam kasus VT 1210 + 4956, kedua objek bertabrakan seketika dan menimbulkan bencana, menghasilkan ledakan sinar-X dan gelombang radio yang diamati. Meskipun tabrakan seperti ini secara teoritis diprediksi, VT 1210 + 4956 memberikan bukti nyata pertama tentang hal ini terjadi.

Survei kebetulan

VLA Sky Survey menghasilkan sejumlah besar data tentang sinyal radio dari langit malam, tetapi menyaring data itu untuk menemukan peristiwa yang menarik dan cerah seperti VT 1210+4956 seperti menemukan jarum di tumpukan jerami. Dong mengatakan menemukan jarum khusus ini, di satu sisi, kebetulan.

“Kami memiliki gagasan tentang apa yang mungkin kami temukan dalam survei VLA, tetapi kami terbuka untuk kemungkinan menemukan hal-hal yang tidak kami harapkan,” jelas Dong. “Kami menciptakan kondisi untuk menemukan sesuatu yang menarik dengan melakukan pencarian yang dibatasi secara longgar dan terbuka dari kumpulan data besar dan kemudian memperhitungkan semua petunjuk kontekstual yang dapat kami kumpulkan tentang objek yang kami temukan. Selama proses ini, Anda menemukan diri Anda ditarik ke arah yang berbeda oleh interpretasi yang berbeda, dan Anda membiarkan alam memberi tahu Anda apa yang ada di luar sana.”

Makalah itu berjudul “Sumber Radio Transien yang Sesuai dengan Supernova Fusi”. Dillon Dong adalah penulis pertama. Selain Hallinan dan Hu, rekan penulis tambahan adalah Ehud Nakar, Andrew Hughes, Kenta Hotukizaka, Steve Myers (PhD 90), Keshalai Dee (MS ’18, PHD ’21), Kunal Moli (PhD 15), Vikram Ravi, Asaf Horesh, Mansi Kesliwal (MS ’07, Ph.D. ’11), dan Shree Kulkarni. Pendanaan disediakan oleh National Science Foundation, US-Israel Bilateral Science Foundation, Program I-Core dari Komite Perencanaan dan Anggaran dan Israel Science Foundation, Dewan Ilmu Pengetahuan dan Teknik Alam Kanada, Institut Miller untuk Penelitian Dasar di Sains di UC Berkeley, dan Masyarakat Jepang untuk Promosi Sains , Program Ilmuwan Profesional Awal, Observatorium Astronomi Radio Nasional, dan Yayasan Heising-Simons.