Berbicara mengenai lubang hitam, istilah Lubang hitam baru dikemukakan pada abad 19, oleh ilmuwan Amerika (John Wheeler) sebagai suatu gagasan yang sudah ada sejak dua ratus tahun sebelumnya, ketika ada dua teori mengenai cahaya—dualitas cahaya, yaitu diketahui bahwa cahaya bisa berperilaku sebagai gelombang dan zarah (partikel).
Pada masa itu, hipotesis mengenai lubang hitam menuai banyak tolakan karena ilmuwan tidak memiliki bukti yang cukup akan hal itu. Pada tahun 1915, Albert einstein mengeluarkan penemuan terhebatnya (Teori relativitas) yang mengemukakan bahwa gravitasi bisa melengkungkan dimensi ruang-waktu dan ini lah mengapa partikel cahaya (foton) yang memiliki massa mendekati nol dapat dipengaruhi oleh gravitasi, dan hal ini mengarah pada fenomena Lubang hitam.
Bukan sebuah lubang
Lubang hitam bukanlah sebuah lubang (berongga) yang ada di alam semesta (ruang-waktu), tidak seperti yang kalian pikirkan! Lubang hitam merupakan sebuah bintang (dengan jari-jari kecil namun massanya luar biasa besar dan termampatkan) yang telah runtuh diakibatkan oleh gravitasinya sendiri ketika ‘bahan bakar’ bintang telah habis dan massanya telah menyusut berkali-kali dari semula (pastikan kalian telah memahami daur hidup bintang untuk memahami asal-muasal lubang hitam). Dia disebut sebagai lubang hitam dikarenakan 2 hal, yaitu :
- Benda termampatkan ini menyedot sembarang materi yang berada di dekatnya, seperti lubang—ya, dia lubang (vacuum cleaner)!
- Sembarang materi (katakanlah cahaya), cahaya yang telah tersedot masuk tak akan bisa keluar lagi darinya. Hal ini sesuai dengan penjelasan radiasi benda hitam—menyerap cahaya dengan sempurna (e = 1).
Tidaklah mungkin bagi sembarang materi untuk bisa lolos dari dekapan lubang hitam, (berkas) cahaya saja tak mampu apalagi materi lainnya, tidak ada!—karena tak ada yang bisa mengungguli kecepatan cahaya (menurut teori relativitas) maka segala sesuatu pun tak dapat lolos (dan jangan pernah berharap untuk bisa lolos dari dekapan lubang hitam!).
Saat ini, para Ilmuwan memikirkan untuk hal apakah kita bisa menciptakan suatu zat/materi yang bisa memiliki kecepatan (dalam ruang vakum) yang melebihi kecepatan cahaya? (dan tidak diketahui bagaimana cahaya bakal menanggapi gravitasi.)
Bagaimana cara menemukan lubang hitam jika cahaya saja tidak dapat keluar darinya? (Ingat, bahwa kita tidak bisa melihat suatu objek tanpa bantuan cahaya dan alam semesta sangatlah gelap nan dingin.) Lubang hitam bisa ditemukan dengan bantuan material-material di luar angkasa, suatu materi yang berada dekat dengan lubang hitam akan berputar-putar dan juga mengelilinginya, suatu piringan rata yang disebut cakram akresi akan diciptakan akibat hal itu.
Materi yang berputar ini kehilangan energinya lalu ‘memuntahkan’ radiasi dalam bentuk sinar-X juga radiasi elektromagnetik, sebelum akhirnya melewati cakrawala peristiwa. Lubang hitam bernama Cygnus X-1 ditemukan pada sistem bintang biner (dua bintang yang saling mengorbit) yang berperilaku sangatlah aneh, para Astronom bingung dan bertanya-tanya mengapa bisa begitu? Setelah dipelajari lebih lanjut, ternyata benar bintang tersebut mengelilingi sebuah lubang hitam (Cygnus X-1) yang berjarak 6000 tahun cahaya dari Bumi.
Gb. 1.1
Gb. 1.2
Berdasarkan teori relativitas umum, disebutkan bahwa gravitasi dapat melengkungkan ruang-waktu. Bumi mengitari Matahari (secara penuh) dalam waktu 365,25 hari. Hal tersebut dikarenakan adanya (hasil lengkungan) dari gravitasi Matahari yang menjadikan Bumi mengitarinya. Dan bumi juga mendistorsi ruang-waktu di sekitarnya dan karena itu bulan mengitarinya (mengikuti lengkungan tersebut).
Gravitasi dari benda modus (besar) ini mendistorsi ruang-waktu di sekitarnya, akibatnya sembarang benda yang dekat dengannya akan mengorbit sehingga terciptalah suatu lintasan orbit-orbit (planet-planet, bulan, dan lainnya) dan dalam periode yang berbeda-beda untuk menyelesaikan satu putaran penuh (360°). Pada gambar di atas (Gb. 1.2), perhatikan garis-garis yang membentuk jaring tersebut, itulah yang disebut ruang-waktu.
Mudahnya, bayangkan anda dan teman anda merentangkan sebuah kain (di antara anda) dan letakkan sebutir kelereng (dia akan mengarah pada titik pusat kain tersebut), dan kemudian akan tercipta sebuah lengkungan bukan? Itulah gaya gravitasi sebenarnya, gaya gravitasi milik lubang hitam amatlah sangat kuat dibandingkan Matahari atau bintang neutron (Gb. 1.1).
Sekarang, kita sudah tahu bahwa lubang hitam bukanlah sebuah lubang berongga di alam semesta! (Lubang hitam adalah sebuah bintang yang telah runtuh dan dia memiliki tarikan gravitasi yang luar biasa kuat bahkan cahaya saja tak mampu keluar darinya!)
Lalu apa ‘lubang’ hitam itu sebenarnya?
Lubang hitam sejatinya memiliki 3 bagian yaitu ; Ergosfer, Horizon peristiwa, dan Singularitas. (Mendekati masing-masing bagian tersebut, kita akan merasakan efek yang berbeda pula.) Jika kita mendekati lubang hitam, kita akan menjumpai bagian ergosfer terlebih dahulu sebelum menjumpai horizon peristiwa dan singularitas pada akhirnya.
Ergosphere : merupakan bagian terluar dari horizon peristiwa yang berputar, di mana ruang-waktu akan terdistorsi akibat gaya geser (putar) ini.
Event horizon (horizon peristiwa) : merupakan batasan antara ruang-waktu di dalam lubang hitam, semua peristiwa yang terjadi (di sini) tidak dapat dipengaruhi lagi.
Singularitas : merupakan titik pusat lubang hitam, di singularitas kepadatan massa dan kurvatur ruang-waktu bernilai tak hingga (infinity).
Sembarang materi yang berada dalam ergosfer masih bisa lepas dengan bantuan gaya rotasi (yang sangat cepat) dari ergosfer itu sendiri. Namun, jika sudah memasuki horizon peristiwa sembarang materi tersebut tak akan bisa lepas, sembarang materi tersebut akan semakin ditekan oleh gaya gravitasi lubang hitam dan pada akhirnya dia akan berada di singularitas (ia akan ada selamanya di sini!).
Di dalam singularitas, semua hukum-hukum fisika yang kita ketahui selama ini tidak akan berlaku lagi!—dan terjadi penyatuan gaya-gaya fundamental alam semesta (Gaya gravitasi, gaya elektromagnetik, gaya nuklir kuat, dan gaya nuklir lemah). Tidak diketahui bagaimana skema terjadinya penyatuan-penyatuan gaya/komponen tersebut maka, juga tidak dapat dijelaskan lagi sebenarnya ada apa di dalam singularitas itu.
Gb. 1.3
Sampai di sini, kita sudah tahu satu per satu apa yang dimaksud Ergosfer, Horizon peristiwa, dan Singularitas itu sebenarnya. Anggap bahwa lubang hitam adalah bola pejal, dia pastinya memiliki jari-jari dan diameter, kan?
Jari-jari tersebut adalah jarak antara singularitas ke horizon peristiwa (Gb. 1.3), bernama jari-jari Schwarszchild (diambil dari seorang ilmuwan yang telah berjasa mengembangkan teori lubang hitam). Jari-jari schwarszchild bergantung pada harga massa, semakin besar massa semakin besar pula jari-jarinya.
Gb. 1.4
Radius schwarszchild menjelaskan bahwa ada dua energi (penting) yang bekerja di kala berada dalam suatu lubang hitam, kedua energi tersebut adalah energi kinetik dan energi potensial gravitasi. Ya, mereka sangat erat kaitannya. Di dapatkan bahwa rumus radius schwarzschild adalah R = 2GM/c², bagaimana cara mendapatkan rumus tersebut? Jangan khawatir, dia berasal dari hubungan energi kinetik (Ek) dan energi potensial gravitasi (Ep). Diberikan bahwa Ek adalah sejumlah energi akibat pergerakan dan Ep adalah (total) energi di kala diam tak bergerak.
Ek = Ep1/2mv² = GMm/R
1/2v² = GM/R
v² = 2GM/Rkarena dalam ruang hampa, maka v = c.
c² = 2GM/R
R = 2GM/c².(Begitulah rumus dari radius schwarszchild didapatkan.)
Dengan menggunakan perhitungan dari rumus tersebut, jika kita ingin menjadikan Bumi sebagai suatu lubang hitam maka, Bumi hanya berukuran sebesar biji kacang polong saja (nantinya) tetapi mengandung seluruh massa bumi, terbayangkan? Dan jika Matahari, dia hanya akan berjari-jari sebesar 3 km saja. (Walaupun bumi akan sebesar biji kacang polong jika menjadi lubang hitam, saya yakin kalian tak akan mampu mengangkatnya!)
Kita perlu menanyakan untuk hal, “jika ada yang masuk ke dalam lubang hitam, akan bagaimana nasib materi tersebut?” Sembarang materi yang telah masuk ke lubang hitam bisa menjadi dua kemungkinan setelahnya, dan dia akan ;
- Bergabung dengan lubang hitam, dengan begitu massa lubang hitam semakin besar pula, atau
- Berada di dalam singularitas untuk waktu yang tidak diketahui (hal ini sudah dijelaskan dalam teori fisika kuantum).
Walaupun lubang hitam sangatlah luar biasa kuat, nyatanya lubang hitam tidak selamanya ada/kekal abadi, dia juga memiliki siklus yang sama dengan manusia—dia ‘terlahirkan’ pastilah juga dia akan tiada. Bagaimana kematian suatu lubang hitam? Ingat, lubang hitam juga berotasi dan ada pula yang stasioner atau diam.
Menurut fisikawan Rusia, Yakov Zeldovich (Яков Зелдовичь) dan rekannya menyatakan bahwa menurut prinsip ketidakpastian mekanika kuantum, benda berotasi pasti menghasilkan dan mengeluarkan partikel.
Juga fisikawan Stephen Hawking, berpendapat bahwa lubang hitam pasti mengeluarkan suatu radiasi—radiasi ini kemudian dikenal sebagai radiasi hawking, merupakan suatu radiasi diakibatkan oleh efek kuantum di sekitar horizon peristiwa.
Semakin berotasi semakin banyak pula radiasi yang dikeluarkan, akibatnya suatu lubang hitam akan berkurang massanya dan semakin menyusut yang pada akhirnya dia menghilang; mati! Namun, sebagai manusia kita tak akan pernah menyaksikan kematian suatu lubang hitam, karena dengan massanya yang sangat masif dibutuhkan pula waktu yang lama bagi suatu lubang hitam untuk menyusut, semakin besar massa semakin lama waktu hidupnya (lifetime).
Gb. 1.5 Ini menjelaskan bagaimana suatu lubang hitam mendistorsi ruang-waktu (dan bahkan cahaya!) di sekitarnya.
Lubang hitam memang menyimpan banyak misteri— itulah lubang hitam! Dia adalah keganasan dalam kegelapan alam semesta. Sebagai manusia, hanya bisa mengetahui tampak luarnya saja dan pastinya lubang hitam jauh lebih mengerikan daripada apa yang telah saya jelaskan di sini. Ya, setidaknya kita sudah tahu apa dan bagaimana sebenarnya lubang hitam itu, mengapa bisa begini dan mengapa bisa begitu.
Cukup sekian, semoga bermanfaat dan terima kasih.
Tulisan ini adalah karya kiriman dari penulis. Kamu juga bisa membuat tulisanmu sendiri dengan bergabung di Saintif Community
