Lubang Hitam Bermassa Bintang

Ketika inti bintang yang sangat masif terlalu berat untuk ditopang oleh tekanan apa pun, ia runtuh tanpa batas menjadi lubang hitam, suatu wilayah yang gravitasinya sangat kuat sehingga bahkan cahaya pun tidak dapat lepas.

Definition

Lubang hitam bermassa bintang adalah sisa padat, terbentuk dari keruntuhan inti bintang masif, yang gravitasinya sangat kuat sehingga wilayah yang dibatasi oleh horizon peristiwa tidak memungkinkan apa pun, termasuk cahaya, untuk lepas.

Scope

Topik ini mencakup pembentukan lubang hitam bermassa bintang dari keruntuhan inti bintang masif, deskripsinya oleh solusi Schwarzschild dan Kerr dari relativitas umum, horizon peristiwa dan orbit stabil terdalam, deteksinya melalui biner sinar-X dan gelombang gravitasi, serta rentang massa yang membedakannya dari bintang neutron.

Core questions

• Bagaimana lubang hitam bermassa bintang terbentuk?
• Apa itu horizon peristiwa?
• Bagaimana kita bisa mendeteksi sesuatu yang tidak memancarkan cahaya?
• Berapa massa lubang hitam bermassa bintang?

Key concepts

• horizon peristiwa
• radius Schwarzschild
• lubang hitam Kerr
• piringan akresi
• biner sinar-X
• gelombang gravitasi
• celah massa

Key theories

Keruntuhan tak terhenti menjadi lubang hitam

Jika inti bintang yang runtuh melebihi massa maksimum yang dapat ditopang oleh degenerasi dan gaya nuklir, tidak ada tekanan yang diketahui yang dapat menghentikannya; relativitas umum memprediksi keruntuhan berkelanjutan dalam horizon peristiwa, seperti yang pertama kali ditunjukkan untuk keruntuhan ideal oleh Oppenheimer dan Snyder.

Deteksi melalui akresi dan gelombang gravitasi

Lubang hitam bermassa bintang terungkap ketika mereka mengakresi dari pendamping dan bersinar dalam sinar-X, dan oleh gelombang gravitasi yang dipancarkan ketika dua lubang hitam berputar bersama dan bergabung, pertama kali terdeteksi pada tahun 2015, yang secara langsung mengukur massa dan putarannya.

Mechanisms

Inti bintang yang cukup masif yang runtuh mengatasi semua dukungan tekanan dan jatuh dalam radius Schwarzschild-nya, membentuk horizon peristiwa. Lubang hitam semacam itu menjadi dapat diamati ketika gas dari bintang pendamping berputar masuk melalui piringan akresi panas dan memancarkan sinar-X, atau ketika dua lubang hitam bergabung dan memancarkan energi sebagai gelombang gravitasi.

Clinical relevance

Lubang hitam bermassa bintang menguji relativitas umum dalam rezim medan kuat, menjadi dasar studi fisika akresi dan jet relativistik dalam biner sinar-X, dan merupakan sumber dominan yang terdeteksi oleh observatorium gelombang gravitasi berbasis darat, membuka cara baru untuk menghitung sisa-sisa padat dan menyelidiki evolusi bintang masif.

History

Schwarzschild memecahkan persamaan Einstein untuk massa titik pada tahun 1916, Oppenheimer dan Snyder memodelkan keruntuhan gravitasi pada tahun 1939, Kerr menemukan solusi rotasi pada tahun 1963, dan lubang hitam bermassa bintang pertama diidentifikasi dalam biner sinar-X seperti Cygnus X-1 dan kemudian dikonfirmasi secara massal oleh deteksi gelombang gravitasi.

Debates

Celah massa antara bintang neutron dan lubang hitam

Apakah ada celah dalam distribusi massa antara bintang neutron terberat dan lubang hitam teringan, dan di mana batasnya, masih diperdebatkan; peristiwa gelombang gravitasi dengan massa dalam rentang ini sedang menguji apakah celah tersebut ada.

Key figures

• J. Robert Oppenheimer
• Karl Schwarzschild
• Roy Kerr
• Roger Penrose

Seminal works

• abbott2016
• shapiro1983

Frequently asked questions

Bagaimana kita bisa mengamati lubang hitam jika cahaya tidak bisa lepas darinya?

Kita mendeteksi lubang hitam secara tidak langsung: gas yang jatuh ke arahnya memanas dan memancarkan sinar-X sebelum melintasi horizon, orbit bintang pendamping mengungkapkan objek masif tak terlihat, dan lubang hitam yang bergabung memancarkan gelombang gravitasi yang dapat diukur oleh detektor di Bumi.

Berapa massa lubang hitam bermassa bintang?

Mereka biasanya berkisar dari beberapa hingga beberapa puluh kali massa Matahari, terbentuk dari keruntuhan bintang masif; ini membedakannya dari jutaan hingga miliaran massa Matahari dari lubang hitam supermasif yang ditemukan di pusat galaksi.