Mengapa bintang menghilang secara misterius dari langit malam?

Kesan teknis dari sistem biner VTFS 243. Kredit: ESOL. Calzada CC OLEH 4.0

Ahli astrofisika di Universitas Kopenhagen membantu menjelaskan fenomena misterius dimana bintang tiba-tiba menghilang dari langit malam. Studi mereka terhadap sistem bintang biner yang tidak biasa telah menghasilkan bukti yang meyakinkan bahwa bintang masif dapat runtuh sepenuhnya dan menjadi lubang hitam tanpa ledakan supernova.

Suatu saat, bintang di pusat tata surya kita, Matahari, akan mulai mengembang hingga menelan Bumi. Ia kemudian akan menjadi semakin tidak stabil hingga akhirnya menyusut menjadi benda kecil dan padat yang dikenal sebagai a katai putih.

Namun, jika Matahari berukuran sekitar delapan kali atau lebih, kemungkinan besar ia akan meledak dalam ledakan besar – dalam bentuk supernova. Keruntuhannya akan menyebabkan ledakan, melontarkan energi dan massa ke luar angkasa dengan kekuatan yang luar biasa, sebelum meninggalkan sejumlah besar energi. Bintang neutron Atau lubang hitam setelahnya.

Meskipun ini adalah pengetahuan dasar tentang bagaimana bintang-bintang masif mati, masih banyak yang harus dipahami tentang langit berbintang di atas dan khususnya kematian spektakuler bintang-bintang ini.

Sistem bintang biner VFTS 243 terletak di galaksi katai “Awan Magellan Besar” di sekitar Bima Sakti. Awan Magellan adalah galaksi satelit Bima Sakti. Galaksi katai yang mengorbit pusat galaksi ini hanya dapat dilihat dari belahan bumi selatan. Di sini, mereka dapat dilihat di atas teleskop tambahan dari Very Large Telescope (VLT) Observatorium Selatan Eropa di Paranal, Chili. Kredit: JC Muñoz/ESO

Penelitian baru yang dilakukan oleh ahli astrofisika di Institut Niels Bohr di Universitas Kopenhagen memberikan bukti terkuat bahwa bintang yang sangat masif dapat mengalami kerahasiaan dan kerahasiaan yang jauh lebih besar daripada supernova. Faktanya, penelitian mereka menunjukkan bahwa dengan massa yang cukup, gravitasi sebuah bintang bisa begitu kuat sehingga tidak akan terjadi ledakan ketika bintang tersebut mati. Alternatifnya, bintang tersebut bisa mengalami apa yang disebut keruntuhan total.

“Kami percaya inti bintang bisa runtuh karena beratnya sendiri, seperti yang terjadi pada bintang-bintang masif di fase akhir kehidupannya. Namun alih-alih keruntuhan tersebut berpuncak pada ledakan supernova terang yang melebihi galaksinya, justru bintang-bintang yang massanya lebih dari delapan kali lipat. diperkirakan ada.” Matahari, keruntuhannya terus berlanjut hingga bintang tersebut menjadi bintang. Lubang hitam“Jelaskan penulis pertama Alejandro Vigna-Gomez, yang merupakan peneliti postdoctoral di Niels Bohr Institute ketika penelitian ini dimulai.

Fakta dan Mitos: Bintang-bintang menghilang

Di zaman modern ini sudah banyak pengamatan mengenai hal ini Bintang yang menghilang tanpa bisa dijelaskan.

“Survei tentang apa pun.” Dipimpin oleh ahli astrofisika Chris Kochanek, ini adalah contoh upaya penelitian yang secara aktif mencari bintang yang menghilang dan penjelasan atas hilangnya mereka.

Pembaca yang penasaran juga dapat mempelajari deskripsi sejarahnya. Hal ini sering kali ada hubungannya dengan menghilangnya bintang terang secara tiba-tiba, sesuai dengan skenario supernova. Namun ada cerita lain tentang bintang yang tiba-tiba menghilang, seperti mitos Yunani yang terkait dengan gugus bintang Pleiades yang dikenal dengan Seven Sisters. Mitos Pleiades menggambarkan tujuh putri Atlas raksasa dan nimfa Pleione. Menurut legenda, salah satu putri mereka menikah dengan manusia dan bersembunyi, yang memberikan penjelasan yang sangat tidak ilmiah, namun indah, mengapa kita hanya melihat… Enam bintang di Pleiades.

Penemuan ini terkait dengan fenomena hilangnya bintang yang menarik minat para astronom dalam beberapa tahun terakhir, dan dapat memberikan contoh yang jelas serta penjelasan ilmiah yang masuk akal untuk fenomena semacam ini.

“Jika seseorang berdiri dan memandangi sebuah bintang yang terlihat sedang mengalami keruntuhan total, hal itu mungkin, pada waktunya, akan seperti menyaksikan sebuah bintang yang tiba-tiba padam dan menghilang dari langit. Keruntuhannya begitu menyeluruh sehingga tidak ada ledakan yang terjadi, tidak ada yang lolos, dan seseorang dapat melihat tidak ada supernova Terang di langit malam Para astronom telah memperhatikan hilangnya bintang terang secara tiba-tiba baru-baru ini. “Kami tidak dapat memastikan adanya hubungan, namun hasil yang kami peroleh dari analisis VFTS 243 telah membawa kami lebih dekat ke penjelasan yang dapat diandalkan,” kata Alejandro Vigna-Gómez.

Pemandangan dari Teleskop Luar Angkasa Webb di Nebula Tarantula, tempat VTFS 243 berada. Kredit gambar: NASA, ESA, CSA, dan STScI

Sistem bintang yang tidak biasa tanpa tanda-tanda ledakan

Penemuan ini dipicu oleh pengamatan baru-baru ini terhadap sistem bintang biner yang tidak biasa di tepi galaksi kita yang disebut VFTS 243. Di sini, sebuah bintang masif dan lubang hitam kira-kira sepuluh kali lebih besar dari Matahari kita mengorbit satu sama lain.

Para ilmuwan telah mengetahui bahwa sistem bintang biner seperti itu ada di alam semesta Bima Sakti Selama beberapa dekade, sebuah bintang berubah menjadi lubang hitam. Namun penemuan VFTS 243 baru-baru ini, di luar Bima Sakti di Awan Magellan Besar, sungguh istimewa.

Fakta: Lubang hitam

Bahkan cahaya pun tidak bisa lepas dari lubang hitam. Oleh karena itu, mereka tidak dapat diamati secara langsung. Namun, beberapa lubang hitam dapat dikenali karena banyaknya energi yang dilepaskan oleh gas yang mengorbitnya. Lainnya, seperti dalam kasus VFTS 243, dapat diamati dari pengaruhnya terhadap bintang di sekitar orbitnya.

Secara umum, para astronom meyakini ada tiga jenis lubang hitam:

Lubang hitam bintang – seperti yang ada di VFTS 243 – terbentuk ketika bintang-bintang dengan massa lebih dari delapan kali massa Matahari runtuh. Para ilmuwan yakin mungkin ada sebanyak 100 juta di galaksi kita saja.

Lubang hitam supermasif – 100.000 hingga 10 miliar kali massa Matahari – diperkirakan ada di pusat hampir semua galaksi. Sagitarius A* adalah lubang hitam supermasif di pusat galaksi kita, Bima Sakti.

Lubang hitam bermassa menengah (IMBH) – 100 hingga 100.000 kali massa Matahari kita – telah menjadi mata rantai yang hilang sejak lama. Dalam beberapa tahun terakhir, sejumlah kandidat yang kredibel telah bermunculan.

Ada juga teori yang menjelaskan jenis lubang hitam lain yang belum ditemukan. Salah satu lubang ini, yang disebut lubang hitam primordial, diperkirakan terbentuk pada awal mula alam semesta dan secara teoritis berukuran mikroskopis.

“Biasanya, peristiwa supernova di sistem bintang dapat diukur dengan cara yang berbeda setelah terjadi. Namun terlepas dari kenyataan bahwa VFTS 243 berisi bintang yang runtuh ke dalam lubang hitam, tidak ada jejak ledakan yang ditemukan di mana pun sistem.” “Orbit sistem hampir tidak berubah sejak bintang tersebut runtuh ke dalam lubang hitam,” kata Alejandro Vigna-Gomez.

Para peneliti menganalisis data observasi untuk mengetahui serangkaian tanda yang dapat diharapkan dari sistem bintang yang mengalami ledakan supernova di masa lalu. Secara umum, mereka menganggap bukti peristiwa tersebut sederhana dan tidak meyakinkan.

Sistem tidak menunjukkan tanda-tanda “tendangan lahir” yang signifikan, yaitu percepatan objek yang mengorbit. Ia juga sangat simetris, hampir melingkar sempurna pada orbitnya, dan tanda-tanda sisa pelepasan energi selama keruntuhan inti bintang sebelumnya menunjukkan jenis energi yang konsisten dengan keruntuhan total.

“Analisis kami dengan jelas menunjukkan fakta bahwa lubang hitam di VFTS 243 kemungkinan besar terbentuk secara instan, dengan energi yang hilang terutama karena neutrino,” kata Profesor Irene Tambora dari Niels Bohr Institute, yang juga terlibat dalam penelitian ini.

Sebuah sistem referensi untuk studi masa depan

Menurut Profesor Tambora, VFTS 243 membuka kemungkinan untuk membandingkan berbagai teori astrofisika dan perhitungan model dengan pengamatan sebenarnya. Dia berharap sistem bintang menjadi penting untuk mempelajari evolusi dan keruntuhan bintang.

“Hasil kami menyoroti VFTS 243 sebagai kasus terbaik yang dapat diamati sejauh ini dari teori lubang hitam bintang yang terbentuk melalui keruntuhan total, di mana ledakan supernova yang ditunjukkan model kami mungkin gagal. ” kata sang profesor. “Kami tentu mengharapkannya menjadi “Sistem ini berfungsi sebagai tolok ukur penting untuk penelitian masa depan mengenai evolusi dan keruntuhan bintang.”

Informasi tambahan: Hilangnya “tendangan lahir” dan tanda-tanda supernova lainnya (yang hilang).

“Tendangan lahir” tidak ada

Kekuatan dahsyat supernova secara langsung mempengaruhi bintang-bintang neutron yang baru lahir atau lubang hitam yang ditinggalkan, karena emisi materi yang asimetris selama ledakan. Inilah yang oleh para peneliti disebut sebagai “tendangan lahir”. Tendangan ini menyebabkan tubuh yang terkompresi berakselerasi. Tendangan lahir biasanya memberi bintang neutron kecepatan terukur antara 100 dan 1.000 kilometer per detik. Kecepatannya diperkirakan lebih rendah untuk lubang hitam, namun tetap signifikan.

Karena lubang hitam di VFTS 243 tampaknya telah berakselerasi hingga kira-kira 4 km/s, ia tidak menunjukkan tanda-tanda mengalami ledakan besar, seperti yang diperkirakan jika ia mengalami supernova.

Begitu pula dengan simetri orbit suatu sistem bintang yang biasanya menunjukkan tanda-tanda telah merasakan dampak ledakan supernova yang dahsyat, akibat lontaran materi yang terjadi. Sebaliknya, para peneliti menemukan simetri.

“Orbit VFTS hampir berbentuk lingkaran dan analisis kami menunjukkan bahwa tidak ada tanda-tanda asimetri yang signifikan selama keruntuhan. Hal ini sekali lagi menunjukkan bahwa tidak ada ledakan,” kata Alejandro Vigna Gomez.

Ledakan energi

Dengan menganalisis orbit sistem bintang biner, tim juga dapat menghitung jumlah massa dan energi yang dilepaskan selama pembentukan lubang hitam.

Perkiraan mereka sesuai dengan skenario di mana tendangan lebih kecil yang terjadi selama keruntuhan bintang bukan disebabkan oleh materi baryonik, yang meliputi neutron dan proton, namun oleh apa yang disebut neutrino. Neutrino memiliki massa yang sangat kecil dan interaksinya sangat lemah. Ini merupakan indikasi lain bahwa sistem tersebut tidak mengalami ledakan.

Referensi: “Batasan pada tendangan neutrino natal dari lubang hitam biner VFTS 243” oleh Alejandro Vigna-Gomez, Reinhold Wilcox, Irene Tambora, Ilya Mandel, Matteo Renzo, Tom Waag, Hans-Thomas Janka, Daniel Kress, Julia Bodensteiner, Tomer Shenar dan Thomas M. . Torres, 9 Mei 2024, Surat ulasan fisik.
doi: 10.1103/PhysRevLett.132.191403

Para peneliti berikut berkontribusi pada penelitian ini:

Alejandro Vigna-Gomez, Irene Tambora, Hans Thomas Janka, Daniel Kress, Reinhold Wilcox, Elia Mandel, Matteo Renzo, Tom Waag, Julia Bodensteiner, Tomer Shenar, Thomas M. Torres

Para peneliti tergabung dalam beberapa lembaga penelitian:

• Institut Niels Bohr, Universitas Kopenhagen – Akademi Internasional dan Kegelapan
• Institut Astrofisika Max Planck, Garching, Jerman
• Institut Astronomi, Universitas Leuven, Leuven, Belgia
• Sekolah Fisika dan Astronomi, Monash University, Clayton, Australia
• Pusat Keunggulan ARC untuk Deteksi Gelombang Gravitasi, Osgraph, Australia
• Pusat Astrofisika Komputasi, Institut Flatiron, New York, AS
• Steward Observatory, Universitas Arizona, Tucson, AS
• Departemen Astronomi, Universitas WashingtonSeattle, AS
• Technical University of Munich, TUM Fakultas Ilmu Pengetahuan Alam, Departemen Fisika, Garching, Jerman
• Observatorium Selatan Eropa, Garching, Jerman
• Fakultas Fisika dan Astronomi, Universitas Tel Aviv, Tel Aviv, Israel
• Universitas Aalborg, Aalborg, Denmark