Apakah Lubang Hitam Itu?

Lubang hitam (black hole) adalah sisa-sisa sebuah bintang masif yang telah mati. Karena bintang terbentuk dari gas dan sangat masif, maka terdapat sebuah medan gravitasi yang sangat kuat yang senantiasa berusaha meruntuhkan bintang. Sementara itu, reaksi fusi yang terjadi dalam inti bintang seumpama sebuah bom fusi raksasa yang mencoba meledakkan bintang. Keseimbangan antara gaya gravitasi dengan gaya ledakan tersebut merupakan faktor penentu ukuran sebuah bintang.

Ketika bintang mati, reaksi fusi inti akan berhenti karena bahan bakar untuk berlangsungnya reaksi ini telah habis terbakar. Pada saat yang sama, gravitasi bintang akan menarik materi-materi ke arah dalam dan memampatkannya ke dalam inti. Pada saat inti memampat, inti menjadi panas dan menghasilkan ledakan supernova dimana material dan radiasi terlempar ke dalam ruang. Apa yang tersisa adalah sebuah inti yang sangat padat karena mengalami kompresi yang tinggi serta bersifat masif. Gravitasi inti tersebut sangat kuat. Sedemikian kuatnya sehingga cahaya pun sulit untuk melepaskan diri dari tarikan gravitasi tersebut.

Menjadilah inti itu lubang hitam. Karena cahaya tidak dapat lolos dari tarikan gravitasi lubang hitam, maka lubang tersebut tidak nampak. Bukankah harus ada cahaya yang terpancar atau terpantul dari sesuatu agar dapat kelihatan? Karena kuatnya gravitasi inti bintang mati tersebut, maka inti tersebut akan meresap masuk ke dalam susunan atau struktur ruang-waktu, sehingga kita dapat membayangkan sebuah sebuah lubang dalam ruang-waktu. Itulah sebabnya diberi nama lubang hitam.

Inti ini yang menjadi bagian pusat dari sebuah lubang hitam disebut dengan istilah singularitas. Sedangkan bagian luarnya atau bagian depan dari lubang hitam disebut horizon peristiwa.

Kita bisa membayangkan horizon peristiwa ini sebagai mulut atau pintu masuk lubang hitam. Jika ada sesuatu yang mampu melewati horizon peristiwa ini, maka semuanya akan berjalan baik. Jika sebuah benda berada di dalam horizon peristiwa, semua “peristiwa” (titik dalam ruang-waktu) akan berhenti, dan tak ada satu pun, bahkan cahaya sekalipun yang dapat lolos dari situ. Jari-jari horizon peristiwa disebut juga jari-jari Schwarzschild, nama yang berasal dari nama Karl Schwarzschild, seorang astronom yang memimpin sebuah kelompok ilmuwan yang mempelajari tentang teori lubang hitam.

Jenis-jenis Lubang Hitam

Ada dua jenis lubang hitam. Pertama, lubang hitam Schwarzchild, kedua, lubang hitam Kerr.

Lubang hitam Schwarzchild merupakan lubang hitam yang paling sederhana. Inti lubang hitam jenis ini tidak mengalami rotasi. Jenis lubang hitam Schwarzchild hanya memiliki sebuah singularitas dan sebuah horizon peristiwa. Sedangkan lubang hitam Kerr, merupakan lubang hitam yang berotasi. Rotasi ini terjadi karena bintang yang menjadi asal-usul lubang hitam ini juga berotasi. Ketika bintang berotasi ini runtuh, inti bintang tersebut tetap mengalami rotasi, sehingga lubang hitam yang dibentuknya juga mengalami rotasi (berdasarkan hukum kekekalan momentum sudut).

Jika lubang hitam Schwarzchild hanya terdiri atas singularitas dan horizon peristiwa, maka lubang hitam Kerr terdiri atas:

• Singularitas, inti yang runtuh
• Horizon peristiwa, mulut lubang hitam
• Ergosper, sebuah daerah ruang yang terdistorsi membentuk bidang yang seperti telur di sekitar horizon peristiwa (distorsi ini disebabkan oleh berputarnya lubang hitam, yang “menggesek” ruang di sekitarnya).
• Batas statis, batas antara ergosper dan ruang yang normal.

Jika sebuah benda melalui ergosper maka benda tersebut masih dapat keluar dari lubang hitam dengan memanfaatkan energi rotasi lubang hitam. Namun demikian, jika sebuah benda melampaui horizon peristiwa, maka benda tersebut akan tersedot ke dalam lubang hitam dan tidak akan pernah dapat lolos dari lubang hitam tersebut. Apa yang terjadi di dalam lubang hitam, tak ada seorang pun yang mengetahuinya, bahkan teori-teori fisika kita yang sekarang tidak berlaku di daerah di sekitar singularitas.

Meskipun demikian, ada tiga sifat dari lubang hitam yang dapat kita ukur, yaitu massanya, muatan listriknya, dan momentum sudutnya.

Bagaimana Mendeteksi Keberadaan Lubang Hitam?

Meskipun kita tidak dapat melihat lubang hitam, kita dapat mendeteksi atau menebak kehadirannya dengan mengukur pengaruhnya terhadap benda-benda yang ada di sekitarnya. Efek yang ditimbulkan oleh lubang hitam yang dapat digunakan mendeteksi keberadaannya antara lain adalah:

• Perkiraan massa dari objek-objek yang mengorbit pada sebuah lubang hitam atau yang berpilin ke dalam intinya.
• Efek lensa gravitasi
• Radiasi yang dipancarkannya

Massa

Banyak lubang hitam yang memiliki benda-benda di sekitarnya, dan dengan mengamati perilaku benda-benda tersebut kita dapat mendeteksi keberadaan lubang hitam. Selanjutnya dengan mengukur pergerakan benda-benda di sekitar sebuah titik yang diperkirakan sebagai lubang hitam, kita dapat menghitung massa lubang hitam tersebut.

Apa yang harus kita cari adalah sebuah bintang atau sebuah cakram gas yang berperilaku seolah-olah ada sebuah benda yang bermassa besar di sekitarnya. Sebagai contoh, jika sebuah bintang tampak atau cakram gas kelihatan bergerak “terhuyung-huyung” atau berpilin dan tidak ada alasan yang tampak terhadap gerak “terhuyung-huyung” ini dan alasan yang tidak tampak ini memiliki efek seolah-olah disebabkan oleh sebuah benda yang massanya lebih besar dari tiga kali massa matahari (massanya terlalu besar untuk sebuah bintang neutron), maka ada kemungkinan sebuah lubang hitam adalah penyebab gerak tersebut. Kita dapat menaksir massa lubang hitam tersebut dengan mengamati pengaruhnya terhadap benda-benda yang tampak.

Sebagai contoh konkret, pada inti galaksi NGC 4261, terdapat sebuah piringan berbentuk spiral berwarna cokelat yang berotasi. Cakram ini berukuran sekitar ukuran sistem tata surya kita, tetapi massanya 1,2 milyar kali lebih besar dibandingkan massa matahari. Massa yang sedemikian besar untuk sebuah cakram mengindikasikan bahwa terdapat sebuah benda hitam dalam cakram ini.

Lensa gravitasi

Teori Relativitas Umum Einstein memprediksi bahwa gravitasi dapat melengkungkan ruang. Teori ini dibuktikan kemudian pada saat terjadinya gerhana matahari setelah posisi sebuah bintang diukur sebelumnya, selama dan sesudah terjadinya gerhana. Posisi bintang bergeser karena cahaya dari bintang dibengkokkan oleh gravitasi matahari. Oleh karena itu, sebuah benda yang memiliki gravitasi yang sangat kuat (seperti sebuah bintang atau lubang hitam) antara bumi dan sebuah benda yang sangat jauh dapat membengkokkan cahaya dari benda yang jauh tersebut ke dalam sebuah fokus, seperti halnya pada lensa. Efek ini dapat dilihat dalam gambar berikut.

Gambar di atas memperlihatkan kecerahan MACHO-96-BL5 dari pengamatan teleskop di bumi (gambar kiri). Gambar sebelah kanan adalah gambar yang dihasilkan oleh teleskop ruang angkasa Hubble.
Photo courtesy NASA/Space Telescope Science Institute
Credit: NASA and Dave Bennett (University of Notre Dame)

Pada gambar di atas, kecerahan MACHO-96-BL 5 terjadi saat sebuah lensa gravitasi melewati sela antara MACHO-96-BL 5 tersebut dengan bumi. Pada saat teleskop ruang angkasa Hubble mengamati objek tersebut, tampak dua bayangan objek tersebut saling berdekatan satu sama lain, yang menunjukkan sebuah efek lensa gravitasional. Objek antaranya tidak kelihatan. Oleh karena itu, disimpulkan bahwa sebuah lubang hitam telah lewat antara bumi dan benda tersebut.

Radiasi yang dipancarkan

Pada saat materi dari sebuah bintang jatuh ke dalam lubang hitam, materi tersebut akan dipanaskan hingga milyaran derajat Kelvin dan akan mengalami percepatan. Materi yang superpanas ini akan memancarkan sinar-X, yang dapat dideteksi oleh teleskop sinar-X seperti teleskop Chandra X-ray Observatory yang sedang mengorbit.

Bintang Cygnus X-1 merupakan sebuah sumber sinar-X dan dianggap sebagai cikal bakal sebuah lubang hitam. Seperti pada gambar di atas, angin stelar yang berasal dari bintang lainnya, HDE 226868, menghembuskan material ke dalam cakram (piringan) tambahan di sekitar lubang hitam. Saat material ini jatuh ke dalam lubang hitam, maka akan dipancarkan sinar-X, seperti pada gambar di bawah ini.

Citra sinar-X dari Cygnus X-1 yang diambil dari Chandra X-ray Observatory yang sedang mengorbit

Photo courtesy NASA/CXC

Di samping sinar-X, lubang hitam juga menghamburkan material-material dengan kelajuan yang sangat tinggi membentuk semburan. Banyak galaksi yang teramati memancarkan semburan seperti ini. sekarang ini, para ahli menduga bahwa galaksi-galaksi ini memiliki lubang hitam super masif (miliaran kali massa matahari) di pusatnya yang menghasilkan semburan termasuk pancaran gelombang radio yang kuat. Contoh galaksi yang memiliki karakteristik seperti ini adalah galaksi M87 seperti gambar di bawah ini.

Gambar sebelah kiri dan bawah menunjukkan gambar pusat galaksi M87 yang diambil oleh teleskop radio di bumi. Sedangkan gambar di sebelah kanan adalah sebuah gambar tampak yang dihasilkan oleh teleskop ruang angkasa Hubble. Perhatikan semburan material yang berasal dari M87

Photo courtesy NASA/Space Telescope Science Institute 

Credit: NRAO, NSF, Associate Universities, Inc., NASA, and John Biretta (STScI/Johns Hopkins University)

Adalah penting untuk mengetahui bahwa lubang hitam bukanlah pembersih vakum kosmik. Lubang hitam tidak akan menelan segala-galanya. Sehingga meskipun kita tidak dapat melihat lubang hitam, terdapat fakta-fakta tak langsung yang menunjukkan keberadaan benda hitam tersebut. Keberadaan benda hitam ini dikaitkan dengan perjalanan waktu dan lubang cacing serta benda-benda menarik lainnya di alam semesta ini.

Sumber: www.howstuffworks.com