Horizon peristiwa, bintang runtuh, pusat supermasif, cakera akresi, dan graviti ekstrem
Lohong hitam
Lohong hitam ialah kawasan ruang-masa yang mempunyai graviti begitu kuat sehingga tiada apa-apa yang melintasi horizon peristiwa dapat terlepas, terbentuk daripada bintang besar yang runtuh, penggabungan, atau pertumbuhan objek padat sangat besar di pusat galaksi.
Apakah lohong hitam
Lohong hitam bukan lubang kosong di angkasa. Ia ialah kawasan tempat jirim dan tenaga melengkungkan ruang-masa dengan begitu kuat sehingga, di luar sempadan yang dipanggil horizon peristiwa, setiap laluan masa depan menghala ke dalam. Tiada apa-apa yang melintasi sempadan itu boleh menghantar isyarat kembali keluar, termasuk cahaya. Lohong hitam itu sendiri gelap, tetapi jirim, bintang, gas, dan cahaya di sekelilingnya boleh mendedahkan lokasinya.
Horizon peristiwa dan singulariti
Horizon peristiwa ialah titik tanpa jalan kembali. Ia bukan permukaan keras seperti planet, tetapi sempadan dalam ruang-masa. Dalam model matematik mudah, segala-galanya di dalamnya runtuh menuju singulariti, tempat ketumpatan dan kelengkungan menjadi tak terhingga. Ahli fizik tidak menganggap ketakterhinggaan itu sebagai jawapan lengkap. Ia tanda bahawa relativiti umum sedang ditolak melampaui julatnya dan teori lebih mendalam, mungkin melibatkan graviti kuantum, diperlukan.
Bagaimana lohong hitam terbentuk
Banyak lohong hitam terbentuk apabila bintang besar kehabisan bahan api nuklear dan terasnya runtuh di bawah graviti. Jika teras yang tinggal cukup besar, tiada tekanan yang diketahui boleh menghentikan keruntuhan itu. Lohong hitam juga boleh membesar dengan menarik gas, habuk, dan bintang, atau dengan bergabung dengan lohong hitam lain. Lohong hitam supermasif di pusat galaksi mungkin membesar melalui gabungan pembentukan benih awal, pemakanan pantas, dan penggabungan berulang, tetapi sejarah terawal mereka masih menjadi masalah penyelidikan aktif.
Jenis lohong hitam
Lohong hitam berjisim bintang biasanya terbentuk daripada bintang besar yang runtuh. Lohong hitam supermasif mengandungi berjuta-juta hingga berbilion kali jisim Matahari dan berada di pusat banyak galaksi, termasuk Sagittarius A* di Bima Sakti. Lohong hitam berjisim pertengahan mungkin menjambatani jurang antara lohong hitam berjisim bintang dan supermasif, tetapi lebih sukar disahkan. Lohong hitam primordial ialah objek hipotesis yang mungkin terbentuk di alam semesta awal, walaupun belum ada yang disahkan.
Apa yang boleh diperhatikan
Ahli astronomi tidak boleh melihat ke dalam horizon peristiwa, tetapi mereka boleh memerhati persekitaran di sekitar lohong hitam. Gas yang jatuh ke dalam boleh membentuk cakera akresi panas yang bersinar dalam sinar-X dan panjang gelombang lain. Bintang yang mengorbit objek padat tidak kelihatan boleh mendedahkan jisimnya. Jet boleh dilancarkan dari kawasan berhampiran lohong hitam yang sedang memakan jirim. Gelombang graviti boleh mendedahkan penggabungan. Teleskop radio yang dipautkan merentas Bumi boleh menggambarkan kawasan seperti bayang di sekitar lohong hitam supermasif berdekatan.
Imej Event Horizon Telescope
Pada tahun 2019, Event Horizon Telescope mengeluarkan imej pertama bayang lohong hitam, menunjukkan lohong hitam supermasif M87* dalam galaksi Messier 87. Pada tahun 2022, kolaborasi itu mengeluarkan imej Sagittarius A*, lohong hitam di pusat Bima Sakti. Imej ini tidak menunjukkan horizon peristiwa secara langsung sebagai permukaan. Ia menunjukkan cahaya yang dibengkokkan oleh graviti di sekeliling lohong hitam, membentuk cincin terang dan bayang tengah gelap yang konsisten dengan relativiti umum.
Relativiti, masa, dan graviti
Lohong hitam ialah salah satu ramalan paling jelas daripada relativiti umum Einstein. Berhampiran lohong hitam, graviti mengubah laluan cahaya, meregangkan masa berbanding pemerhati jauh, dan mencipta daya pasang surut ekstrem. Untuk lohong hitam kecil, graviti pasang surut berhampiran horizon boleh meregangkan objek secara dramatik, proses yang digelar spagetifikasi. Untuk lohong hitam supermasif, kawasan horizon boleh jauh kurang ganas secara tempatan walaupun pelarian tetap mustahil selepas dilintasi.
Mengapa hal ini penting
Lohong hitam penting kerana ia menghubungkan persoalan terbesar dan terkecil dalam fizik. Ia membentuk galaksi, menjana kuasar dan jet bertenaga, mencipta gelombang graviti, menguji relativiti umum, dan mendedahkan ketegangan antara graviti, mekanik kuantum, maklumat, dan termodinamik. Mengkaji lohong hitam membantu saintis memahami bagaimana galaksi berevolusi, bagaimana ruang-masa berkelakuan dalam keadaan ekstrem, dan di mana teori semasa tidak lagi mencukupi.