Sebuah lubang hitam mengorbit di sebelahnya – ‘benar-benar tak terduga’

Peneliti dari Universitas Turku di Finlandia menemukan bahwa sumbu rotasi a[{” attribute=””>black hole in a binary system is tilted more than 40 degrees relative to the axis of stellar orbit. The finding challenges current theoretical models of black hole formation.

The observation by the researchers from Tuorla Observatory in Finland is the first reliable measurement that shows a large difference between the axis of rotation of a black hole and the axis of a binary system orbit. The difference between the axes measured by the researchers in a binary star system called MAXI J1820+070 was more than 40 degrees.

Artist impression of the X-ray binary system MAXI J1820+070 containing a black hole (small black dot at the center of the gaseous disk) and a companion star. A narrow jet is directed along the black hole spin axis, which is strongly misaligned from the rotation axis of the orbit. Image produced with Binsim. Credit: R. Hynes

Often for the space systems with smaller objects orbiting around the central massive body, the own rotation axis of this body is to a high degree aligned with the rotation axis of its satellites. This is true also for our solar system: the planets orbit around the Sun in a plane, which roughly coincides with the equatorial plane of the Sun. The inclination of the Sun rotation axis with respect to orbital axis of the Earth is only seven degrees.

“The expectation of alignment, to a large degree, does not hold for the bizarre objects such as black hole X-ray binaries. The black holes in these systems were formed as a result of a cosmic cataclysm – the collapse of a massive star. Now we see the black hole dragging matter from the nearby, lighter companion star orbiting around it. We see bright optical and X-ray radiation as the last sigh of the infalling material, and also radio emission from the relativistic jets expelled from the system,” says Juri Poutanen, Professor of Astronomy at the University of Turku and the lead author of the publication. 

Kesan seniman tentang sistem biner sinar-X MAXI J1820 + 070 yang berisi lubang hitam (titik hitam kecil di tengah piringan gas) dan bintang pendamping. Sebuah jet sempit diarahkan sepanjang sumbu rotasi lubang hitam, yang sangat miring dari sumbu rotasi orbit. Gambar dihasilkan dengan mudah. Kredit: R. Hynes

Dengan mengikuti pancaran ini, para peneliti dapat menentukan arah sumbu rotasi lubang hitam dengan sangat tepat. Ketika jumlah gas yang jatuh dari bintang pendamping ke lubang hitam kemudian mulai berkurang, suhu sistem mendingin, dan sebagian besar cahaya dalam sistem berasal dari bintang pendamping. Dengan cara ini, para peneliti dapat mengukur kemiringan orbit menggunakan teknik spektroskopi, dan ini secara kasar bertepatan dengan kemiringan balistik.

“Untuk menentukan orientasi 3D orbit, kita juga perlu mengetahui sudut posisi sistem di langit, yang berarti bagaimana sistem berputar terhadap arah utara di langit. Ini diukur menggunakan teknik polarimetri,” kata Yuri Potanin.

Hasil yang dipublikasikan di Science membuka prospek yang menarik terhadap studi pembentukan lubang hitam dan evolusi sistem ini, karena ketidakseimbangan ekstrem seperti itu sulit diperoleh dalam banyak skenario pembentukan lubang hitam dan evolusi biner.

Perbedaan lebih dari 40 derajat antara sumbu orbit dan rotasi lubang hitam benar-benar tidak terduga. Para ilmuwan sering berasumsi bahwa perbedaan ini sangat kecil ketika mereka memodelkan perilaku materi dalam ruang waktu melengkung di sekitar lubang hitam. Model yang ada sudah kompleks, dan sekarang temuan baru memaksa kami untuk menambahkan dimensi baru ke dalamnya, ”kata Potanin.

Referensi: “Ketidakseimbangan rotasi lubang hitam orbit-orbit dalam biner sinar-X MAXI J1820+070” oleh Guri Potanin, Alexandra Veledina, Andrei V Berdyugina, Svetlana V Berdyugina, Helen Germak, Peter J. Juncker, Gary JE Kagava, Ilya Kozenkov, Vadim Kravtsov Filippo Perola, Manisha Shrestha, Manuel A. Perez-Torres, dan Serge S. Tsygankov, 24 Februari 2022 Tersedia di sini. untuk mengetahui.
DOI: 10.1126 / sains.abl4679

Hasil utama dibuat menggunakan polarimeter DIPol-UF internal yang dipasang di Teleskop Optik Utara, yang dimiliki bersama oleh Universitas Turku dengan Universitas Aarhus di Denmark.