Konsep artis tentang apa yang teleskop masa depan mungkin lihat dilubang hitam di jantung galaksi M87. Clumpy gas berputar di sekitar lubang hitam di disk akresi, memberi makan binatang pusat. Daerah hitam di tengah adalah lubang hitam sendiri, didefinisikan oleh cakrawala peristiwa, di luar yang tidak ada yang bisa lolos. Jet biru cerah menembak dari daerah lubang hitam yang dibuat oleh gas yang tidak pernah berhasil masuk ke lubang itu sendiri tetapi bukannya disalurkan ke jet yang sangat energik.
Para astronom yang dipimpin oleh Karl Gebhardt dari Universitas Texas di Austin telah mengukur lubang hitam yang paling besar dikenal di lingkungan kosmik kita dengan menggabungkan data dari teleskop raksasa di Hawaii dan teleskop yang lebih kecil di Texas. Hasilnya adalah massa 6,6 miliar untuk Suns lubang hitam di galaksi elips raksasa M87. Massa yang sangat besar ini adalah yang terbesar yang pernah diukur untuk sebuah lubang hitam dengan menggunakan teknik langsung. Mengingat ukuran masifnya, M87 adalah kandidat terbaik untuk studi masa depan untuk benar-benar "melihat" lubang hitam untuk pertama kalinya, daripada bergantung pada bukti tidak langsung keberadaan mereka seperti yang telah astronom lakukan selama beberapa dekade.
Gebhardt memimpin tim peneliti menggunakan teleskop 8-meter Gemini North di Hawaii untuk menyelidiki gerakan bintang-bintang di sekitar lubang hitam di pusat galaksi M87 masif.
Jeremy Murphy dari Universitas Texas menggunakan Teleskop Harlan J. Smith di Universitas McDonald Observatory di Texas Barat untuk menyelidiki luar M87, yan disebut Halo Gelap. Halo gelap merupakan wilayah yang mengelilingi galaksi dipenuhi dengan materi gelap, jenis massa yang tidak diketahui yang tidak mengeluarkan cahaya tetapi terdeteksi oleh efek gravitasi pada objek lain.
"Dalam rangka untuk menjabarkan massa lubang hitam dengan meyakinkan," kata Gebhardt, "kita harus menghitung semua komponen di galaksi. Dengan demikian, studi baik dari pusat dan daerah terluar dari sebuah galaksi diperlukan untuk melihat pengaruh halo gelap, lubang hitam, dan bintang-bintang. Tetapi ketika semua komponen ini dianggap bersama-sama," Gebhardt mengatakan, hasil pada lubang hitam sudah pasti, pertemuan apa yang dia sebut "standar emas" untuk ukuran akurat sebuah lubang hitam.
Gebhardt menggunakan Lapangan Hampir Inframerah Spektrografi (NIFS) pada Gemini untuk mengukur kecepatan bintang-bintang ketika mereka mengorbit lubang hitam. Penelitian ini diperbaiki dengan menggunakan Gemini dari "optik adaptif," sebuah sistem yang mengkompensasi, secara real time, untuk perubahan dalam suasana yang bisa blur detil terlihat oleh teleskop di tanah.
Dengan kemampuan pengumoulan teleskop yang luas, sistem optik adaptif memperbolehkan Gebhardt dan Yosua Adams dari Universitas Texas untuk melacak bintang-bintang di jantung M87 dengan resolusi 10 kali lebih besar dari penelitian sebelumnya. Ini "hanya merupakan perbaikan besar dibandingkan bekerja sebelumnya," kata Adams.
"Kemampuan kami untuk mendapatkan massa lubang hitam yang kuat untuk M87 menjadi pertanda baik bagi upaya berkelanjutan kami untuk berburu lubang hitam yang lebih besar di galaksi lebih jauh dari M87," kata Tod Lauer dari National Optical Astronomy Observatory.
Mahasiswa pascasarjana TexasJeremy Murphy menggunakan alat yang berbeda untuk melacak gerakan bintang di pinggiran galaksi. Mempelajari gerakan bintang di wilayah ini jauh memberikan astronom wawasan apa yang dark matter tak terlihat di halo lakukan. Untuk pekerjaan ini, Murphy mempekerjakan alat inovatif yang disebut VIRUS-P di McDonald Observatory Telescope Harlan J. Smith.
"Itu telah menjadi perjuangan besar untuk waktu yang lama, berusaha untuk mendapatkan apa yang halo gelap dilakukan di tepi galaksi, arena ketika Anda melihat ke sana, hanya adacahaya bintang yang redup," kata Gebhardt. "Ini adalah tempat data VIRUS-P masuk, karena bisa mengamati sepotong besar dari langit sekaligus."
Ini berarti instrumen dapat menambahkan bersama cahaya redup dari bintang redup banyak untuk membuat satu pengamatan rinci. Instrumen semacam ini disebut "bidang spektrograf unit integral," dan VIRUS-P adalah yang terbesar di dunia.
"Kemampuan VIRUS-P untuk menggali jauh ke dalam lingkaran luar M87 dan memberitahu kita bagaimana bintang-bintang bergerak dengan sangat mengesankan," kata Murphy. "Hal ini dengan cepat menjadi instrumen terkemuka untuk jenis pekerjaan ini."
Gemini gabungan dan data McDonald telah memungkinkan tim untuk menentukan massa lubang hitam di M87 6,6 miliar Suns. Tapi mengukur seperti lubang hitam besar hanya satu langkah menuju tujuan yang lebih besar.
"Tujuan utama saya adalah untuk memahami bagaimana bintang-bintang di galaksi terbuat sendiri dari waktu ke waktu," kata Gebhardt.
"Bagaimana Anda membuat galaksi?" Tanya Gebhardt. "Kedua dataset probe memiliki rentang yang sangat besar, dalam hal apa massa dalam galaksi. Itu adalah langkah pertama untuk menjawab pertanyaan Itu. Sangat sulit untuk memahami bagaimana massa terakumulasi kecuali anda tahu persis apa distribusi massa - berapa banyak dalam lubang hitam, berapa banyak di bintang-bintang, berapa banyak dalam halo gelap ".
Kesimpulan hari ini juga mengisyaratkan kemungkinan lain menggiurkan untuk masa depan - kesempatan untuk benar-benar "melihat" lubang hitam.
"Tidak ada bukti langsung bahwa lubang hitam belum ada," kata Gebhardt. "... Zero, benar-benar nol bukti pengamatan. Untuk menyimpulkan lubang hitam saat ini, kita memilih 'tidak ada di atas' Opsi ini pada dasarnya karena penjelasan alternatif yang semakin banyak dikesampingkan.."
Namun, ia mengatakan bahwa dalam lubang hitam M87 begitu besar bahwa astronom suatu hari nanti mungkin dapat mendeteksi "event horizon" nya - tepi sebuah lubang hitam di luar yang tidak bisa lolos. Horizon peristiwa lubang hitam M87 sekitar 3 kali lebih besar dari orbit Pluto - cukup besar untuk menelan tata surya kita.
Meskipun teknologi belum ada, cakrawala peristiwa M87 ini meliputi sepetak langit cukup besar untuk dicitrakan oleh teleskop masa depan. Gebhardt mengatakan para astronom masa depan bisa menggunakan jaringan di seluruh dunia teleskop submillimeter untuk mencari bayangan cakrawala acara pada disk gas yang mengelilingi lubang hitam M87.
Meskipun teknologi belum ada, cakrawala peristiwa M87 ini meliputi sepetak langit cukup besar untuk dicitrakan oleh teleskop masa depan. Gebhardt mengatakan para astronom masa depan bisa menggunakan jaringan di seluruh dunia teleskop submillimeter untuk mencari bayangan cakrawala acara pada disk gas yang mengelilingi lubang hitam M87.