keberadaan black hole

KEBERADAAN BLACK HOLE Sukma Perdana Prasetya

Abad ke-20 menyaksikan banyak sekali penemuan baru tentang peristiwa alam di ruang angkasa.salah satunya yang belum ditemukan adalah black hole. Ini terbentuk ketika sebuah bintang telah menghabiskan seluruh bahan bakarnya ambruk hancur kedalam dirinya sendiri, dan akhirnya berubah menjadi sebuah lubang hitam dengan kerapatan tak hingga dan volume nol serta medan magnet yang amat kuat. Tarikan gravitasi lubang hitam sangat kuat

sehingga cahaya tidak mampu

melepaskan diri darinya. Namun bitang yang runtuh seperti itu dapat diketahui dari dampak yang di timbulkannya di wilayah sekelilingnya. Belakangan diketahui bahwa ada bintang-bintang di ruang angkasa yang cahayanya tidak dapat kita lihat. Sebab, cahaya bintang-bintang yang runtuh ini lenyap. Menurut pengamatan Astronom, diketahui teryata lubang hitam raksasa di pusat galaksi kita. Dia mengatakan bahwa luas permukaan suatu lubang hitam hanya dapat tetap sama atau bertambah, tetapi tidak pernah berkurang. Kekuatan tarikan gravitasional yang tidak biasa dari dari lubang hitam tersebut telah menarik lapisan dari bintang dimana ia mengorbit, menyebabkannya membentuk suatu pusaran. Lubang hitam (black hole) sering dihubungkan dengan hilangnya benda-benda kosmis bahkan wahana udara sekalipun, seperti pernah dalam

disinggung rubrik

ini

berkaitan

dengan

hilangnya

banyak

pesawat

di

Segitiga

Bermuda dan Samudera Atlantik Utara. Pro dan kontra mengenai memang

pendapat hal tak

ini pernah

surut. Cerita seputar Segitiga Bermuda pun sepertinya tetap misterius, dan menjadi bahan tulisan yang tidak ada habis-habisnya. . Lalu, bagaimana sebenarnya lubang

hitam tercipta? Bagaimana asal mula lubang hitam tercipta ? bagaimana mendeteksi adanya suatu lubang hitam? Dalam bahasan fenomena kali ini, baiklah kita tinjau sedikit apa sebenarnya lubang hitam atau yang disebut para ilmuwan sebagai singularitas dari bintang redup yang mengalami keruntuhan gravitasi (gravitational collapse) sempurna. Istilah “lubang hitam” pertama kali digunakan tahun 1969 oleh fisikawan Amerika John Wheeler. Awalnya, kita beranggapan bahwa kita dapat melihat semua bintang. Akan tetapi, belakangan diketahui bahwa ada bintang-bintang di ruang angkasa yang cahayanya tidak dapat kita lihat. Sebab, cahaya bintang-bintang yang runtuh ini lenyap. Cahaya tidak dapat meloloskan diri dari sebuah lubang hitam disebabkan lubang ini merupakan massa berkerapatan tinggi di dalam sebuah ruang yang kecil. Gravitasi raksasanya bahkan mampu menangkap partikel-partikel tercepat, seperti foton [partikel cahaya]. Misalnya, tahap akhir dari sebuah bintang biasa, yang berukuran tiga kali massa Matahari, berakhir setelah nyala apinya padam dan mengalami keruntuhannya sebagai sebuah lubang hitam bergaris tengah hanya 20 kilometer (12,5 mil)! Lubang hitam berwarna “hitam”, yang berarti tertutup dari pengamatan langsung. Namun demikian, keberadaan lubang hitam ini diketahui secara tidak langsung, melalui daya hisap raksasa gaya gravitasinya terhadap bendabenda langit lainnya. Teori ini diciptakan Albert Einstein (1879-1955), yang merupakan karya terbesar manusia dalam usaha mencari kebenaran. Secara sederhana, teori ini merupakan

struktur

matematis

yang

melukiskan dengan

gravitasi

kurva

ruang

waktu. Dalam teori itu, Einstein membuat dua postulat: tidak ada benda yang

dapat

kecepatan

melebihi

cahaya

dan

kecepatan cahaya selalu sama menurut pengamat di manapun.

Stephen William Hawking, salah satu ilmuwan Penggagas Lubang Hitam

Bentuk dari teori ini adalah sebuah persamaan yang disebut sebagai persamaan Einstein. Persamaan ini mengandung berbagai penjelasan seperti pergeseran perihelion Merkurius, pembelokan arah cahaya, keberadaan gelombang gravitasi, singularitas ruang-waktu, deskripsi pembentukan bintang neutron dan lubang hitam bahkan pengembangan alam semesta. Lubang hitam adalah suatu daerah dimana hukum-hukum fisika tidak berlaku lagi. Tempat itu memiliki gaya gravitasi yang sangat kuat dan siapapun yang masuk tidak bisa keluar kembali termasuk cahaya sekalipun. Menurut pengamatan Astronom, diketahui teryata lubang hitam raksasa di pusat galaksi kita. Dia mengatakan bahwa luas permukaan suatu lubang hitam hanya dapat tetap sama atau bertambah, tetapi tidak pernah berkurang. Ini disebut Hukum Pertambahan Luas Hawking. Namun teori ini menghasilkan implikasi bahwa lubang hitam menghasilkan radiasi. Hal ini pertama kali diungkap oleh Jacob Bekenstein mahasiswa pasca sarjana Princeton. Menurut Hawking bagaimana mungkin lubang hitam memancarkan radiasi kalau tidak ada sesuatu yang bisa keluar darinya. Kekuatan tarikan gravitasional yang tidak biasa dari dari lubang hitam tersebut telah menarik lapisan dari bintang dimana ia mengorbit, menyebabkannya membentuk suatu pusaran. “Kita tidak yakin mengapa lubang hitam ini memancarkan ledakan radiasi yang cemerlang sewaktu-waktu, dan bukannya suatu pancaran gelombang yang stabil”. Lubang hitam juga dapat bertambah massanya dengan cara bertubrukan dengan lubang hitam yang lain sehingga menjadi satu lubang hitam yang lebih besar.

MENCARI LUBANG HITAM Lubang

hitam,

bagaimana rupanya apakah ia sebuah lubang yang gelap? Sayangnya bukan. Lubang hitam

bukanlah

sebuah

lubang di angkasa seperti lubang yang kita kenal di Bumi.

Ia

obyek

adalah yang

sebuah memiliki

gravitasi yang sangat kuat dan bahkan cahaya pun tidak dapat lepas darinya. Artinya cahaya pun terperangkap di dalamnya. Artinya lagi, ini obyek yang tidak memancarkan cahaya., pertanyaan selanjutnya bagaimana lubang hitam bisa ditemukan? Meski tidak tampak, lubang hitam bukanlah sebuah benda “sakti” yang tidak bisa dikenali. Satu hal pasti, astronom tidak pernah mendeteksi Lubang Hitam. Untuk bisa menemukan keberadaan lubang hitam, yang dideteksi adalah fenomena yang hanya bisa dijelaskan oleh keberadaan obyek dekat yang sesuai dengan gambaran sebuah lubang hitam. Inilah sidik jari lubang hitam. Gaya gravitasi yang sangat kuat dari lubang hitam mempengaruhi gerak obyek di sekitarnya. Jika astronom melihat bintang yang sedang mengitari sesuatu namun tidak dapat melihat bendanya maka bisa diduga benda yang tidak tampak itu adalah lubang hitam. Selain itu saat materi akan ditelan oleh lubang hitam, ada ledakan radiasi yang sangat kuat yang dapat dilihat oleh pengamat di Bumi. Astronom juga dapat mengetahui massa lubang hitam dengan mengukur massa bintang di sekitarnya dan kecepatan bintang tersebut. Perhitungan yang sama juga bisa diterapkan untuk lubang hitam super masif yang mengintip dari pusat galaksi. Di pusat Bima Sakti juga terdapat lubang hitam super masif. Fakta ini terungkap dari perilaku bintang dan gas yang ada di area pusat galaksi. Bintang-bintang dan juga gas di skeitar pusat galaksi bergerak sangat cepat, perilaku ini hanya bisa dijelaskan oleh keberadaan sebuah obyek dengan massa beberapa juta kali massa Matahari di pusat

galaksi kita. Massa tersebut haruslah terpusat dalam radius 10 hari cahaya atau sekitar 40 kali jarak Matahari – Pluto. Dan dengan demikian bisa dipastikan itu adalah obyek lubang hitam super masif. Sidik jari lubang hitam juga bisa dikenali dari bintang berpasangan. Ketika salah satu bintang dalam pasangan tersebut menjadi lubang hitam, keduanya masih akan terus saling mengorbit satu sama lainnya. Dengan mengamati sistem tersebut, para astronom akan dapat mengetahui orbit bintang normal dan menentukan massa si lubang hitam. Tapi hanya ada beberapa sistem seperti ini. Satu hal menarik lainnya adalah para astronom telah berhasil menemukan tanda yang bisa membawa astronom menuju lubang hitam. Apakah itu? Sinar-X. Ketika lubang hitam mengkonsumsi materi yang jatuh ke dalamnya dari bintang pasangan, materi tersebut akan menjadi sangat panas dan memancarkan sinarX dan sinar gamma. Inilah yang kemudian bisa menjadi tanda untuk mengindikasikan sebuah sumber sebagai lubang hitam. Faktanya lagi, area di sekitar lubang hitam sangat baik dalam hal memancarkan radiasi energi tinggi seperti ini. Karena itulah astronom kemudian membangun mata-mata di ruang angkasa yang dapat melihat radiasi tersebut seperti Chandra X-ray Observatory dan Fermi Gamma-ray Space Telescope milik NASA atau XMM-Newton X-ray Space observatory milik ESA.

BAGAIMANA LUBANG HITAM TERBANTUK Menurut teori evolusi bintang (lahir, berkembang, dan matinya bintang), buyut dari

lubang

hitam

adalah

sebuah bintang biru. Bintang biru merupakan julukan bagi deret kelompok bintang yang massanya lebih besar dari 1,4 kali

massa

matahari.

Selanjutnya, ia akan mendingin menjadi bintang maha raksasa merah.

Dalam

fase

inilah,

akibat

tarikan

gravitasinya

sendiri, bintang maha raksasa merah mengalami keruntuhan gravitasi menghasilkan ledakan dahsyat atau biasa disebut sebagai Supernova. Supernova ditandai dengan peningkatan kecerahan cahaya hingga miliaran kali cahaya bintang biasa kemudian melahirkan dua kelas bintang, yakni bintang netron dan lubang hitam. jika bintang runtuh (hasil ledakan supernova) melampaui nilai tertentu, ia tidak dapat mengembang kembali. Bintang itu akan mempunyai kerapatan massa yang tak hingga, artinya bintang akan membentuk singularitas di pusatnya. Secara umum, singularitas adalah suatu titik di mana fungsi matematika tak bisa didefinisikan. Fungsi ini menjadi divergen menuju nilai tak hingga. Cara lain bagi terbentuknya lubang hitam adalah dari 2 bintang netron yang saling mengorbit bergabung dan menghasilkan ledakan sinar gamma yang dasyat yang bisa dideteksi dari seluruh alam semesta yang sudah diamati. Ledakan sinar gamma inilah yang menjadi kelahiran hitam.

penyebab lubang Bintang

netron (disebut juga Pulsar atau bintang

Bintang Netron

denyut) terjadi bila massa bintang runtuh lebih besar dari 1,4 kali, tapi lebih kecil dari tiga kali massa matahari. Sementara lubang hitam mempunyai massa bintang runtuh lebih dari tiga kali massa matahari. Materi pembentuk lubang hitam kemudian mengalami pengerutan yang tidak dapat mencegah apapun darinya. Bintang menjadi sangat mampat sampai menjadi suatu titik massa yang kerapatannya tidak terhingga, yang disebut singularitas tadi. Lubang hitam adalah sebuah pemusatan massa yang cukup besar sehingga menghasilkan gaya gravitasi yang sangat besar. Gaya gravitasi yang sangat besar ini mencegah apa pun lolos darinya kecuali melalui perilaku terowongan kuantum. Medan gravitasi begitu kuat sehingga kecepatan lepas di dekatnya mendekati kecepatan cahaya. Tak ada sesuatu, termasuk radiasi elektromagnetik yang dapat lolos dari gravitasinya, bahkan cahaya hanya dapat masuk tetapi tidak dapat keluar atau melewatinya, dari sini diperoleh kata "hitam". Istilah "lubang hitam" telah tersebar luas, meskipun ia tidak menunjuk ke sebuah lubang dalam arti biasa, tetapi merupakan sebuah wilayah di angkasa di mana semua tidak dapat kembali. Secara

teoritis, lubang hitam dapat memliki ukuran apa pun, dari mikroskopik sampai ke ukuran alam raya yang dapat diamati. Lubang Hitam tercipta ketika suatu obyek tidak dapat bertahan dari kekuatan tekanan gaya gravitasinya sendiri. Banyak obyek (termasuk matahari dan bumi) tidak akan pernah menjadi lubang hitam. Tekanan gravitasi pada matahari dan bumi tidak mencukupi untuk melampaui kekuatan atom dan nuklir dalam dirinya yang sifatnya melawan tekanan gravitasi. Tetapi sebaliknya untuk obyek yang bermassa sangat besar, tekanan gravitasi-lah yang menang. Pertumbuhannya Massa dari lubang hitam terus bertambah dengan cara menangkap semua materi didekatnya. Semua materi tidak bisa lari dari jeratan lubang hitam jika melintas terlalu dekat. Jadi obyek yang tidak bisa menjaga jarak yang aman dari lubang hitam akan tersedot. Berlainan dengan reputasi yang disandangnya saat ini yang menyatakan bahwa lubang hitam dapat menyedot apa saja disekitarnya, lubang hitam tidak dapat menyedot material yang jaraknya sangat jauh dari dirinya. dia hanya bisa menarik materi yang lewat sangat dekat dengannya. Contoh : bayangkan matahari kita menjadi lubang hitam dengan massa yang sama. Kegelapan akan menyelimuti bumi dikarenakan tidak ada pancaran cahaya dari lubang hitam, tetapi bumi akan tetap mengelilingi lubang hitam itu dengan jarak dan kecepatan yang sama dengan saat ini dan tidak tersedot masuk kedalamnya. Bahaya akan mengancam hanya jika bumi kita berjarak 10 mil dari lubang hitam, dimana hal ini masih jauh dari kenyataan bahwa bumi berjarak 93 juta mil dari matahari. Lubang hitam juga dapat bertambah massanya dengan cara bertubrukan dengan lubang hitam yang lain sehingga menjadi satu lubang hitam yang lebih besar. Kesempatan yang paling baik untuk mendeteksinya, diakui para ahli, adalah bila ia merupakan bintang ganda (dua bintang yang berevolusi dan saling mengelilingi). Lubang hitam akan menyedot semua materi dan gas-gas hasil ledakan termonuklir bintang di sekitarnya. Dari gesekan internal, gas-gas yang tersedot itu akan menjadi sangat panas (hingga 2 juta derajat!) dan memancarkan sinar-X. Dari sinar-X inilah para ahli memulai langkah untuk menjejak lubang hitam. Pada 12 Desember 1970, AS meluncurkan satelit astronomi kecil (Small Astronomical Satellite SAS) pendeteksi sinar-X di kosmis bernama Uhuru dari lepas pantai Kenya. Dari hasil pengamatannya didapatkan bahwa sebuah bintang maha raksasa biru, yakni HDE226868 yang terletak dalam konstelasi Cygnus (8.000 tahun cahaya dari bumi)

mempunyai pasangan bintang Cygnus X-1, yang tidak dapat dideteksi secara langsung. Cygnus X-1 menampakkan orbitnya berupa gas-gas hasil ledakan termonuklir HDE226868 yang bergerak membentuk sebuah cakram. Cygnus X-1 diperhitungkan berukuran lebih kecil dari Bumi, tapi memiliki massa enam kali lebih besar dari massa matahari. Bintang redup ini telah diyakini para ilmuwan sebagai lubang hitam. Selain Cygnus X-1, Uhuru juga mendapatkan sumber sinar-X kosmis, yakni Cygnus X-3 dalam konstelasi Centaurus dan Lupus X-1 dalam konstelasi bintang Lupus. Dua yang disebut terakhir belum dipastikan sebagai lubang hitam, termasuk 339 sumber sinar-X lainnya yang dideteksi selama 2,5 tahun masa operasi Uhuru. Eksplorasi sumber sinar-X di kosmis masih dilanjutkan oleh satelit HEAO (High Energy Astronomical Observatory) atau Einstein Observatory tahun 1978. Satelit ini menemukan bintang ganda yang lain dalam konstelasi Circinus, yakni Circinus X-1 serta V861 Scorpii dan GX339-4 dalam konstelasi bintang Scorpius. Tahun 1999, dengan biaya 2,8 milyar dollar, AS masih meluncurkan teleskop Chandra, guna menyingkap misteri lubang hitam. The Chandra X-ray Observatory sepanjang 45 kaki milik NASA ini telah berhasil membuat ratusan gambar resolusi tinggi dan menangkap adanya lompatan-lompatan sinar-X dari pusat galaksi Bima Sakti berjarak 24.000 tahun cahaya dari Bumi. Mencengangkan, karena bila memang benar demikian (lompatan sinar-X itu) menunjukkan adanya sebuah lubang hitam di jantung Bima Sakti, maka teori Albert Einstein kembali benar. Ia menyatakan, bahwa di jantung setiap galaksi terdapat lubang hitam! Pencarian lubang hitam dan kebenaran teori-teori yang mendukungnya memang masih terus dilakukan para ahli, seiring makin majunya teknologi dan ilmu pengetahuan. Pertanyaan kemudian, bila lubang hitam bertebaran di kosmis, apakah nanti pada saat kiamat, monster ini pula yang akan melenyapkan benda-benda jagat raya? Suatu tim astrofisikawan internasional baru-baru ini telah menemukan sesuatu yang kemungkinan merupakan sebuah lubang hitam di dekat pusat galaksi Bimasakti. Penemuan ini dicapai dengan memanfaatkan satelit-satelit milik NASA dan Badan Ruang Angkasa Eropa (ESA). Dalam pernyataan pers dari ESA, Roland Walter, astronom dari Pusat Data Sains INTEGRAL, ESA, sekaligus pimpinan riset tersebut menyatakan bahwa, “Pusat galaksi adalah salah satu dari bagian yang paling menarik

dari astronomi sinar gamma karena ditemui banyak sumber potensial pancaran sinar gamma disana”. Volker Beckmann, research assistant profesor di UMBC Joint Center for Astrophysics dan Goddard Space Flight Center, NASA, adalah anggota tim yang memanfaatkan satelit Swift milik NASA dan satelit INTEGRAL milik ESA untuk menjejak adanya ledakan sinar gamma. Terlibat dalam tim ini, para ilmuwan dari Swiss, Prancis, Belgia, Polandia, Amerika Serikat dan Spanyol. Tim menemukan bahwa kekuatan tarikan gravitasional yang tidak biasa dari dari lubang hitam tersebut telah menarik lapisan dari bintang dimana ia mengorbit, menyebabkannya membentuk suatu pusaran. “Kita tidak yakin mengapa lubang hitam ini memancarkan ledakan radiasi yang cemerlang sewaktu-waktu, dan bukannya suatu pancaran gelombang yang stabil,” kata Beckmann, “Tetapi kami menduga emisi yang kuat tersebut disebabkan oleh serpihan besar dari materi bintang yang jatuh kedalam lubang hitam.” Penemuan ini terjadi berkat kemampuan satelit Swift milik NASA untuk merespon dengan cepat terhadap objek baru yang muncul di antariksa,” timpal Neil Gehrels, kepala Laboratorium Fisika. Menurut penelitian astropartikel, kekuatan tarikan gravitasional yang tidak biasa dari dari lubang hitam tersebut telah menarik lapisan dari bintang dimana ia mengorbit, menyebabkannya membentuk suatu pusaran.