Para ilmuwan mengungkap foto beresolusi penuh pertama dari lubang hitam supermasif: Gambar luar biasa menunjukkan M87 seperti 'donat kurus' - dan dapat membantu menjelaskan bagaimana fenomena bintang 'memakan' materi.
Ini adalah keindahan yang memesona: pandangan pertama umat manusia pada satu-satunya foto beresolusi penuh dari lubang hitam supermasif yang pernah dibuat.
'Donat oranye' ini, seperti yang telah dijuluki, berada di jantung galaksi Messier 87, 55 juta tahun cahaya dari Bumi dan pada 2019 menjadi lubang hitam pertama yang dicitrakan langsung oleh para astronom
Sekarang, dengan bantuan pembelajaran mesin kecerdasan buatan (AI), ia telah menerima perubahan resmi pertamanya - dan hasilnya mengungkapkan bahwa alih-alih menjadi 'donat kabur', ini sebenarnya lebih seperti 'donat kurus'.
Para ilmuwan mengatakan perspektif baru lubang hitam supermasif ini akan 'memainkan peran penting dalam kemampuan kita untuk memahami perilakunya' dan dapat membantu menjelaskan bagaimana fenomena bintang 'memakan' materi.
Mereka menyebutnya sebagai 'peluang emas' untuk mempelajari lebih lanjut tentang fisika lubang hitam.
Lubang hitam sangat padat dan tarikan gravitasinya sangat kuat sehingga tidak ada bentuk radiasi yang dapat lolos darinya - bahkan cahaya sekalipun.
Mereka bertindak sebagai sumber gravitasi yang kuat yang menyedot debu dan gas di sekitar mereka. Tarikan gravitasinya yang kuat dianggap sebagai bintang yang mengorbit di galaksi.
Bagaimana mereka terbentuk masih kurang dipahami. Para astronom percaya mereka bisa terbentuk ketika awan gas besar hingga 100.000 kali lebih besar dari matahari, runtuh menjadi lubang hitam.
Banyak dari biji lubang hitam ini kemudian bergabung untuk membentuk lubang hitam supermasif yang jauh lebih besar, yang ditemukan di pusat setiap galaksi masif yang diketahui.
Atau, benih lubang hitam supermasif bisa berasal dari bintang raksasa, sekitar 100 kali massa matahari, yang akhirnya membentuk lubang hitam setelah kehabisan bahan bakar dan runtuh.
Ketika bintang-bintang raksasa ini mati, mereka juga mengalami 'supernova', sebuah ledakan besar yang mengeluarkan materi dari lapisan terluar bintang ke luar angkasa.
Empat penulis studi tersebut adalah anggota proyek Event Horizon Telescope (EHT), kolaborasi internasional yang dimulai pada 2012 dengan tujuan mengamati langsung lingkungan sekitar lubang hitam. Cakrawala peristiwa lubang hitam adalah titik di mana segala sesuatu - bintang, planet, gas, debu, dan semua bentuk radiasi elektromagnetik - tertelan hingga terlupakan.
Medeiros mengatakan dia dan rekan-rekannya berencana untuk menggunakan teknik yang sama untuk memperbaiki citra satu-satunya lubang hitam lain yang pernah ada dalam foto - dirilis tahun lalu yang menunjukkan lubang hitam yang menghuni pusat Bima Sakti, yang disebut Sagitarius A*, atau Sgr A*.
Gambar lubang hitam M87 berasal dari data yang dikumpulkan oleh tujuh teleskop radio di lima lokasi di Bumi yang pada dasarnya membuat piringan observasi seukuran planet.
"EHT adalah rangkaian teleskop yang sangat jarang. Ini adalah sesuatu yang tidak dapat kami lakukan karena kami perlu menempatkan teleskop kami di puncak gunung dan gunung-gunung ini sedikit dan berjauhan satu sama lain. Sebagian besar Bumi ditutupi oleh lautan," kata ahli astrofisika Georgia Tech dan rekan penulis studi Dimitrios Psaltis.
"Akibatnya, rangkaian teleskop kami memiliki banyak 'lubang' dan kami perlu mengandalkan algoritme yang memungkinkan kami mengisi data yang hilang," tambah Psaltis. "Gambar yang kami laporkan di makalah baru adalah representasi paling akurat dari gambar lubang hitam yang dapat kami peroleh dengan teleskop sedunia kami."
Teknik pembelajaran mesin yang mereka gunakan disebut PRIMO, kependekan dari "pemodelan interferometrik komponen utama".
"Ini adalah pertama kalinya kami menggunakan pembelajaran mesin untuk mengisi kekosongan data yang tidak kami miliki," kata Medeiros.
"Kami menggunakan kumpulan data simulasi fidelitas tinggi yang besar sebagai rangkaian pelatihan, dan menemukan gambar yang konsisten dengan data dan juga secara luas konsisten dengan ekspektasi teoretis kami. Fakta bahwa hasil EHT sebelumnya secara kuat menunjukkan bahwa gambar tersebut sebuah cincin memungkinkan kita untuk berasumsi demikian dalam analisis kita."
Para peneliti mengatakan gambar beresolusi penuh dari lubang hitam M87 telah mengungkapkan wilayah pusat yang lebih besar dan lebih gelap dari yang diperkirakan sebelumnya, dikelilingi oleh gas akresi terang yang berbentuk seperti 'donat kurus'.
Lebar cincin pada gambar juga ternyata jauh lebih kecil dari yang diyakini sebelumnya.
Peneliti menghasilkan foto tersebut dengan bantuan data dari Event Horizon Telescope (EHT).
Pada tahun 2017, EHT menggunakan jaringan tujuh teleskop yang sudah ada sebelumnya di seluruh dunia untuk mengumpulkan data tentang M87, yang secara efektif menciptakan 'teleskop seukuran Bumi'.
Namun, karena tidak mungkin untuk menutupi seluruh permukaan bumi dengan teleskop, celah muncul dalam data — seperti potongan-potongan yang hilang dalam teka-teki gambar.
Di situlah trik AI baru mereka muncul.
'Dengan teknik pembelajaran mesin baru kami, PRIMO, kami dapat mencapai resolusi maksimum dari rangkaian saat ini,' kata penulis utama Lia Medeiros, dari Institute for Advanced Study di Princeton, New Jersey.
'Karena kita tidak dapat mempelajari lubang hitam dari dekat, detail gambar memainkan peran penting dalam kemampuan kita untuk memahami perilakunya.
'Lebar cincin pada gambar sekarang lebih kecil sekitar dua faktor, yang akan menjadi kendala kuat untuk model teoretis dan pengujian gravitasi kami.'
Lubang hitam M87 diperkirakan berukuran sekitar 6,5 miliar kali massa matahari kita dan memuntahkan pancaran energi yang kuat.
Jet terang ini, yang muncul dari inti M87 dan memanjang setidaknya 5.000 tahun cahaya dari pusatnya, adalah salah satu fitur galaksi yang paling misterius dan energetik.
BAGAIMANA CARA KERJA TELESKOP HORIZON
Tim di belakang Teleskop Cakrawala Acara telah menghabiskan beberapa tahun terakhir menyelidiki lubang hitam seperti yang ada di jantung M87.
Pengamatan ini bergantung pada jaringan antena radio jarak jauh yang terletak di seluruh dunia - termasuk di Kutub Selatan, di Hawaii, Eropa dan Amerika.
Radio ini meniru bukaan teleskop yang dapat menghasilkan resolusi yang dibutuhkan untuk menangkap lubang hitam supermasif.
Di setiap stasiun radio terdapat hard drive besar yang menyimpan data.
Hard drive ini kemudian diproses di MIT Haystack Observatory di luar Boston, Massachusetts.
Upaya tersebut pada dasarnya bekerja untuk menangkap siluet lubang hitam, juga biasa disebut sebagai bayangan lubang hitam.
Tidak semuanya mencapai pengamat - beberapa jatuh dan beberapa masuk ke orbit di sekitar lubang hitam dan muncul sebagai rangkaian cincin yang mengelilingi lubang hitam, kata para astronom.
Para ahli mengandalkan berbagai model tentang bagaimana materi berperilaku di dekat lubang hitam untuk lebih memahami proses ini.
Tapi mereka masih belum tahu persis bagaimana jet yang lebih besar dari galaksi diluncurkan dari wilayah pusatnya, yang ukurannya sebanding dengan tata surya kita, atau bagaimana materi 'dimakan' atau jatuh ke dalam lubang hitam.
Pada 10 April 2019, para ilmuwan merilis gambar pertama lubang hitam, mengungkapkan struktur seperti cincin terang dengan daerah tengah gelap yang merupakan bayangan lubang hitam, sesuai dengan yang diprediksi.
Sejak itu, tim EHT menggali lebih dalam data yang dikumpulkan yang digunakan untuk mengungkap gambar pertama.
PRIMO, yang merupakan singkatan dari pemodelan interferometrik komponen utama, bergantung pada pembelajaran kamus — teknik yang memungkinkan komputer membuat aturan berdasarkan sekumpulan besar materi pelatihan.
Misalnya, jika sebuah komputer diperlihatkan sejumlah gambar pisang yang berbeda, setelah mendapat pelatihan yang cukup, komputer tersebut pada akhirnya akan dapat menentukan apakah gambar buah tersebut di masa mendatang atau bukan.
Jenis pembelajaran mesin ini sebelumnya telah digunakan untuk membuat karya seni bergaya Renaisans, atau bahkan menyelesaikan beberapa karya Beethoven yang belum selesai.
'PRIMO adalah pendekatan baru untuk tugas sulit membangun gambar dari pengamatan EHT,' kata Lauer.
'Ini menyediakan cara untuk mengkompensasi informasi yang hilang tentang objek yang diamati, yang diperlukan untuk menghasilkan gambar yang akan terlihat menggunakan satu teleskop radio raksasa seukuran Bumi.'
Dengan PRIMO, komputer menganalisis lebih dari 30.000 gambar lubang hitam yang menghasilkan gas.
Simulasi ini memberikan berbagai contoh bagaimana lubang hitam M87 mungkin mengakresi materi, meninggalkan PRIMO untuk mencari pola umum untuk referensi silang dengan data dari pengamatan EHT.
Ini menghasilkan gambar beresolusi penuh yang baru dirender, yang dibangun berdasarkan detail yang terungkap dalam gambar tahun 2019.
Para ilmuwan berharap hal itu pada gilirannya akan mengarah pada penentuan massa lubang hitam M87 yang lebih akurat, sekaligus memungkinkan mereka untuk mengembangkan pemahaman yang lebih baik tentang horizon peristiwanya.
'Kami menggunakan fisika untuk mengisi bagian data yang hilang dengan cara yang belum pernah dilakukan sebelumnya dengan menggunakan pembelajaran mesin,' kata Medeiros.
APA YANG KITA KETAHUI TENTANG GALAXY MESSIER 87?
Galaksi eliptis Messier 87 (M87) adalah rumah bagi beberapa triliun bintang, lubang hitam supermasif, dan keluarga yang terdiri dari sekitar 15.000 gugus bintang globular.
Sebagai perbandingan, galaksi Bima Sakti kita hanya berisi beberapa ratus miliar bintang dan sekitar 150 gugus bola.
M87 yang mengerikan adalah anggota dominan dari gugus galaksi tetangga Virgo, yang berisi sekitar 2.000 galaksi.
Ditemukan pada tahun 1781 oleh Charles Messier, galaksi ini terletak 54 juta tahun cahaya dari Bumi di konstelasi Virgo.
Itu dapat dengan mudah diamati menggunakan teleskop kecil, dengan pemandangan paling spektakuler tersedia di bulan Mei.
M87's most striking features are the blue jet near the centre and the myriad of star-like globular clusters scattered throughout the image.
The jet is a black-hole-powered stream of material that is being ejected from M87’s core.
As gaseous material from the centre of the galaxy accretes onto the black hole, the energy released produces a stream of subatomic particles that are accelerated to velocities near the speed of light.
At the centre of the Virgo cluster, M87 may have accumulated some of its many globular clusters by gravitationally pulling them from nearby dwarf galaxies that seem to be devoid of such clusters today.
No comments:
Post a Comment