Tekno & Sains
·
3 Mei 2021 21:53

Black Hole, From Theory to Reality

Konten ini diproduksi oleh Rendy Darma
Black hole atau lubang hitam adalah sebuah objek supermasif di ruang angkasa, memiliki gaya gravitasi super besar sehingga mampu menarik semua materi yang ada di sekitarnya, bahkan cahaya pun lenyap ditelan oleh objek ini. Baru pada abad ke-21 objek ini diyakini keberadaannya di alam semesta, setelah ilmuwan berhasil mendeteksi gelombang gravitasi dan menangkap citra yang menunjukkan bentuk fisik sesungguhnya dari black hole. Membutuhkan waktu lebih dari 100 tahun bagi para ilmuwan untuk memahami dan meyakini keberadaan objek ini. Semua berawal dari Teori Relativitas Umum yang dipublikasikan oleh Einstein pada tahun 1915.
ADVERTISEMENT
Kemunculan Teori Relativitas Umum
Teori Relativitas Umum secara sederhana menyatakan bahwa gravitasi bekerja melalui fenomena distorsi ruang dan waktu. Artinya, keberadaan Bumi kita di alam semesta ini, sesungguhnya ada dalam kondisi distorsi ruang dan waktu, sehingga gravitasi Bumi dapat dirasakan oleh makhluk di permukaan Bumi, hingga satelit-satelit buatan, dan bahkan Bulan yang mengorbit Bumi. Jika lebih disederhanakan lagi, adanya gravitasi Bumi sebenarnya akibat adanya pelengkungan ruang dan waktu di sekitar Bumi, yang disebabkan oleh keberadaan Bumi itu sendiri di dalam ruang dan waktu. Fenomena ini berlaku untuk semua objek langit di alam semesta, namun dengan skala yang berbeda. Analogi sederhananya, bayangkan sebuah bola yang diletakkan di atas kain yang ditarik di setiap sisinya. Maka, kain akan melengkung mengikuti geometri bola tersebut. Inilah yang dinamakan sebagai pelengkungan ruang dan waktu, yang muncul akibat keberadaan objek itu sendiri. Konsep ini dijelaskan dan diformulasikan Einstein dalam bentuk persamaan Medan Gravitasi.
Black Hole, From Theory to Reality (40613)
Ilustrasi distorsi ruang dan waktu berupa pelengkungan ruang dan waktu untuk kasus Bumi. Sumber: asd.gsfc.nasa.gov.
Black Hole, From Theory to Reality (40614)
Analogi pelengkungan ruang dan waktu dengan meletakkan sebuah bola di atas kain. Sumber: asd.gsfc.nasa.gov.
Beberapa bulan setelah Einstein mempublikasikan Teori Relativitas Umumnya, seorang fisikawan Jerman, Karl Schwarzschild, berhasil menurunkan solusi dari persamaan Medan Gravitasi Einstein. Solusi persamaan dari Schwarzschild ini menunjukkan bahwa jika massa yang besar terkonsentrasi pada satu ruang yang cukup kecil, maka akan menghasilkan gaya gravitasi yang super besar. Objek ini yang kemudian nantinya dikenal sebagai black hole. Namun, ilmuwan pada masa itu belum memiliki bayangan apakah benar-benar ada objek semacam itu di alam semesta ini.
ADVERTISEMENT
Setelah lebih dari dua dekade, tepatnya pada 1939, J.R. Oppenheimer dan H. Snyder mencetuskan sebuah ide bahwa bintang bermassa besar (masif) kemungkinan dapat mengalami keruntuhan akibat gaya gravitasinya sendiri, menarik semua materi di sekitarnya, bahkan cahaya pun terserap oleh keruntuhan tersebut. Ide ini memberikan sebuah kemungkinan awal dari apa yang dijelaskan oleh solusi Schwarzschild mengenai konsep black hole.
Penemuan Kandidat Black Hole
Pada tahun 1950-an hingga 1960-an, ilmuwan mulai mendalami lebih jauh tentang solusi Schwarzchild dan didapatkan sebuah pemahaman tentang event horizon. Event horizon adalah radius maksimal sebuah black hole di mana cahaya pada radius tersebut tidak akan dapat lepas dari gravitasi black hole tersebut dan akan diserap. Namun, pemahaman ini masih tetap dianggap sebatas teori. Karena pada masa itu, ilmuwan masih sulit untuk meyakini keberadaan black hole. Sulit untuk memahami pada masa itu bahwa ada objek langit di alam semesta ini yang dapat menelan semua materi bahkan cahaya sekalipun. Ditambah lagi dengan belum adanya bukti pengamatan berkaitan dengan black hole.
Black Hole, From Theory to Reality (40615)
Citra quasar 3C 273 yang merupakan quasar pertama yang diamati oleh ilmuwan pada 1950-an. Sumber: nasa.gov.
Pada kurun waktu yang hampir bersamaan, quasar (quasi stellar object) pertama kali teramati oleh para ilmuwan. Objek ini memiliki jarak yang sangat jauh dari galaksi kita, namun kecerlangannya masih sangat tinggi dan terlihat jelas dari Bumi. Lazimnya, objek-objek yang sangat jauh akan tampak redup jika diamati dari Bumi, namun tidak dengan quasar. Ilmuwan dibuat bingung tentang quasar. Kemudian muncullah ide bahwa quasar kemungkinan berasal dari objek langit yang memiliki gravitasi yang sungguh besar, yang dapat menyerap banyak materi di sekitarnya dan kembali melontarkannya ke ruang angkasa dalam bentuk energi yang super besar. Dari sinilah keberadaan dan pemahaman mendalam tentang black hole mulai dirasa penting oleh para ilmuwan. Ide lebih lanjut tentang fenomena yang terjadi pada quasar ini dikaitkan dengan keberadaan supermassive black hole di pusat galaksi yang memancarkan energi super besar ke ruang angkasa. Namun, lagi-lagi black hole masih tetap dianggap sebagai sebuah teori dan misteri yang belum terpecahkan. Hingga 1960-an, cukup banyak quasar yang telah diamati oleh ilmuwan.
Black Hole, From Theory to Reality (40616)
Citra Cygnus X-1 yang merupakan bintang ganda dimana salah satu pasangannya diperkirakan adalah black hole. Ini adalah sistem bintang ganda dengan black hole pertama yang diamati oleh ilmuwan. Sumber: gsfc.nasa.gov.
Misteri selanjutnya terjadi pada tahun 1971, ilmuwan pertama kali menemukan adanya sebuah bintang yang tampak mengorbit suatu objek tak tampak. Objek ini sebenarnya adalah bintang ganda, namun hanya satu pasangan bintang saja yang tampak, sedangkan pasangan satunya lagi tidak terlihat. Pasangan tak tampak ini kemungkinan adalah sebuah black hole yang berasal dari tahap akhir evolusi sebuah bintang masif. Hingga pada 1992, Anne Cowley mempublikasikan hasil penelitiannya yang menunjukkan tentang keberadaan black hole di sistem bintang ganda. Dari penemuan ini, ide tentang keberadaan black hole di alam semesta semakin menguat dan tidak dapat dianggap sebatas teori.
ADVERTISEMENT
Di awal tahun 2000-an, bukti keberadaan black hole bertambah lagi setelah diyakini adanya sebuah supermassive black hole di pusat galaksi Bimasakti kita. Pada abad ke-21, ilmuwan semakin yakin bahwa black hole memang benar-benar ada di alam semesta ini. Namun, ilmuwan membutuhkan bukti kuat dari pengamatan secara langsung yang menunjukkan bahwa quasar, bintang ganda, dan pusat galaksi Bimasakti sungguh mengandung black hole. Selain itu, dibutuh dukungan teknologi yang canggih untuk memperoleh bukti dari pengamatan secara langsung.
Penemuan Gelombang Gravitasi dan Black Hole
Mengamati black hole secara langsung adalah suatu tantangan yang sangat sulit. Analogi sederhananya, kita dapat merasakan keberadaan angin, namun tidak dapat melihat wujud dari angin tersebut. Hal yang sama juga dialami oleh para ilmuwan untuk membuktikan bahwa black hole benar-benar ada.
ADVERTISEMENT
Menurut Teori Relativitas Umum, jika dua buah black hole mengalami tabrakan, maka akan muncul distorsi ruang dan waktu yang sangat besar dan merambat ke seluruh penjuru alam semesta. Perambatan distorsi ruang dan waktu ini dikenal dengan gelombang gravitasi. Jika gelombang gravitasi mencapai Bumi dan kita dapat mendeteksi keberadaan keberadaannya, maka black hole memang benar-benar ada di alam semesta.
Black Hole, From Theory to Reality (40617)
Penampakan area penelitian LIGO, yang telah berhasil mendeteksi gelombang gravitasi dari dua buah black hole yang bertabrakan. Gelombang gravitasi pertama yang diamati oleh LIGO diberi kode GW150914. Artinya, diamati gelombang gravitasi (GW = Gravitational Wave) tersebut dideteksi pada 14 September 2015. Sumber: ligo.caltech.edu.
Kabar gembira muncul pada tahun 2015 dari Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) yang berhasil untuk pertama kalinya mendeteksi keberadaan gelombang gravitasi dari dua buah black hole yang mengalami tabrakan. Penemuan ini sangat spektakuler, tidak hanya memberikan bukti secara langsung tentang keberadaan black hole, namun juga melahirkan pemahaman baru. Selama ini, informasi yang didapatkan tentang objek langit didominasi dari pengamatan dalam berbagai panjang gelombang elektromagnetik. Dengan adanya gelombang gravitasi, maka ilmuwan akan mendapatkan jalan baru untuk memahami objek langit dan alam semesta.
Black Hole, From Theory to Reality (40618)
Citra pertama sebuah black hole yang berhasil diamati oleh Teleskop Event Horizon. Ini adalah citra black hole dari pusat galaksi M87 yang berjarak 55 juta tahun cahaya dari Bumi. Massa black hole ini diperkirakan sekitar 6,5 milyar massa Matahari kita. Lingkaran hitam di bagian tengah black hole adalah event horizon, dimana cahaya diserap oleh black hole tersebut. Materi yang mengelilingi black hole ditunjukkan dengan area berwarna terang. Sumber: nasa.gov.
Keberhasilan pendeteksian gelombang gravitasi tidak berarti bahwa pemahaman tentang black hole sudah final. Ilmuwan kemudian berusaha untuk memperoleh citra black hole secara langsung. Pada 2019, kabar gembira selanjutnya pun muncul. Teleskop Event Horizon untuk pertama kalinya berhasil mendapatkan citra sebuah black hole di pusat galaksi M87. Citra ini memberikan keyakinan mutlak bagi para ilmuwan tentang keberadaan black hole di alam semesta. Ini adalah sebuah pencapaian luar biasa bagi peradaban manusia di abad ke-21. Keselarasan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi terbukti telah memberikan wawasan-wawasan baru yang sebelumnya dianggap sekadar teori atau bahkan sama sekali tidak terpikirkan oleh manusia.
ADVERTISEMENT
Perjalanan panjang untuk meyakini dan memahami tentang black hole, mencapai lebih dari 100 tahun lamanya, disertai semangat rasa ingin tahu yang terus disalurkan dari generasi ke generasi, telah menambah salah satu dari sederetan sejarah penting tentang kehebatan manusia merealisasikan pemikiran-pemikirannya. Masih banyak hal-hal yang belum diketahui tentang black hole dan ilmuwan masih akan terus mempelajari objek unik ini. Jika Einstein masih hidup, mungkin ia akan terkaget-kaget dengan penemuan di abad ke-21 ini.