Black Hole : Lubang Hitam

Pernahkah anda mendengar istilah ini (Lubang Hitam) Jika belum, Lubang Hitam itu apa ya ? Apakah lubang hitam merupakan sebuah lubang yang berwarna hitam pada alam semesta kita atau sejenis bintang yang tak bercahaya ? Jika itu adalah sejenis bintang, mengapa dinamakan Lubang Hitam, bukan Bintang Hitam atau Lubang Putih ? Bingung ya…. 

Istilah “lubang hitam” atau yang biasa disebut “black hole” oleh om dan tante bule dari seberang, 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. Kok bisa ya ? Cahaya tidak dapat dilihat ? hmm, semakin membingungkan… katanya, 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]. Karena cahaya tidak dapat melarikan diri dari bintang tersebut, maka bintang yang dinamakan Lubang Hitam tidak dapat kita lihat (ingat ya pelajaran optika, kita dapat melihat benda lain atau sesuatu yang ada di sekitar kita karena benda tersebut memancarkan, memantulkan atau membiaskan cahaya ke mata kita. Nah, Lubang Hitam tidak memancarkan cahaya, cahaya terperangkap di dalamnya, sehingga tidak dapat dilihat oleh mata kita).

Bintang bukan makhluk hidup, namun ia seperti makhluk hidup yang dilahirkan, hidup dan kemudian mati. Setelah melewati masa jaya , bintang mengakhiri riwayatnya setelah nyala apinya padam dan mengalami keruntuhannya sebagai sebuah lubang hitam berdiameter hanya 20 kilometer. Dinamakan “hitam” karena hitam identik dengan gelap, di mana kita tidak dapat melihat sesuatu karena tidak ada cahaya. Namun demikian, keberadaan lubang hitam ini diketahui secara tidak langsung, melalui daya hisap raksasa gaya gravitasinya terhadap benda-benda langit lainnya. Lalu mengapa dinamakan Lobang eh Lubang ? sabar.. belajar fisika atau astronomi butuh kesabaran J lanjut….

Nah, bintang-bintang bermassa besar di ruang angkasa biasanya menyebabkan terbentuknya lekukan-lekukan yang dapat ditemukan di ruang angkasa. Demikian juga bumi, planet kesayangan kita. Intinya semua benda angkasa yang bermassa pasti menghasilkan lekukan di ruang angkasa (Dalam teori Relativitas Umum eyang Einstein, dikatakan bahwa suatu benda bermassa, “melengkungkan” ruang dimana benda itu berada, kelengkungan ini setara dengan gravitasi. Selengkapnya akan kita kupas tuntas dalam Teori Relativitas Umum. Semakin besar masa benda angkasa tersebut, semakin besar lekukannya. Untuk memudahkan pemahaman anda, gurumuda mencoba mengajak anda untuk berimajinasi alias khayal ilmiah sejenak. Bayangkanlah anda dan teman dekat atau pacar anda yang cantik+ merentangkan sebuah kain yang terbuat dari karet. Sekarang, letakan sebuah benda, dari ukuran terkecil hingga ukuran besar di atas kain atau lembaran karet tersebut. Apa yang anda amati ? jika yang anda letakan adalah sebuah kelereng, maka lekukan yang terbentuk kecil, tetapi jika anda meletakan sebongkah batu yang berukuran besar maka lekukan pada kain atau lembaran karet tersebut sangat besar, bahkan seolah-olah membentuk lubang.

Lubang hitam tidak hanya menimbulkan lekukan-lekukan di ruang angkasa tapi juga membuat lubang di dalamnya. Hal ini disebabkan karena massa lubang hitam sangat besar. Ini alasan mengapa bintang-bintang runtuh tersebut disebut sebagai Lubang Hitam. Ohh… baru tahu ternyata Lubang Hitam itu Bintang ya, kirain Lubang yg berwarna hitam (makanya belajar pisss )

Lebih Jauh Mengenai Lubang Hitam

Lubang hitam adalah sebuah Bintang yang mengalami pemusatan massa yang cukup besar sehingga menghasilkan gaya gravitasi yang sangat besar (Mengenai pemusatan massa selengkapnya dibahas di riwayat hidup sebuah bintang. Tuh di bawah). 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. Secara teoritis, lubang hitam dapat memiliki ukuran apa pun, dari mikroskopik sampai ke ukuran alam raya yang dapat diamati. 

Menurut Hawking, ada dua jenis Lubang Hitam, Lubang Hitam Kecil dan Lubang Hitam Besar. Mengenai Lubang Hitam Kecil, Hawking mengajukan dugaan sebagai berikut. Di kala alam semesta ini lahir, terjadi dentuman besar, yang menghasilkan tekanan yang luar biasa besarnya. Tekanan ini dapat mengakibatkan kantung-kantung materi tergencet sehingga menjadi sangat kecil dengan rapatan sangat besar. Pada rapatan yang besar, benda ini menjadi lubang hitam. Lazimnya, lubang hitam primordial ini berukuran sebesar proton (partikel bermuatan listrik positip yang terdapat di dalam inti atom) dengan massa satu miliar ton. Teori adanya lubang hitam pertama kali diajukan pada abad ke-18 oleh John Michell and Pierre-Simon Laplace, selanjutnya dikembangkan oleh astronom Jerman bernama Karl Schwarzschild, pada tahun 1916, dengan berdasar pada teori relativitas umum dari Albert Einstein, dan semakin dipopulerkan oleh Stephen William Hawking. Pada saat ini banyak astronom yang percaya bahwa hampir semua galaksi dialam semesta ini mengelilingi lubang hitam pada pusat galaksi. John Archibald Wheeler pada tahun 1967 memberikan nama “Lubang Hitam” sehingga menjadi populer di dunia bahkan juga menjadi topik favorit para penulis fiksi ilmiah. Kita tidak dapat melihat lubang hitam akan tetapi kita bisa mendeteksi materi yang tertarik / tersedot ke arahnya. Dengan cara inilah, para astronom mempelajari dan mengidentifikasikan banyak lubang hitam di angkasa lewat observasi yang sangat hati-hati sehingga diperkirakan di angkasa dihiasi oleh jutaan lubang hitam. Mengerikan… J Lebih dua ratus tahun silam, atau tepatnya pada tahun 1783. pemikiran akan adanya monster kosmis bersifat melenyapkan benda lainnya ini sebenarnya pernah dilontarkan oleh seorang pendeta bernama John Mitchell. Mitchell yang kala itu mencermati teori gravitasi Isaac Newton (1643-1727) berpendapat, bila bumi punya suatu kecepatan lepas dari Bumi 11 km per detik (sebuah benda yang dilemparkan tegak lurus ke atas baru akan terlepas dari pengaruh gravitasi bumi setelah melewati kecepatan ini), tentu ada planet atau bintang lain yang punya gravitasi lebih besar. Mitchell malah memperkirakan di kosmis terdapat suatu bintang dengan massa 500 kali matahari yang mampu mencegah lepasnya cahaya dari permukaannya sendiri. Bagaimana-kah Riwayat Hidup Sebuah Lubang Bintang ?

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 yang unggul.

Menurut teori evolusi bintang (lahir, berkembang dan matinya bintang), eyang kakung 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. Disebutkan para ahli fisika kosmis, ketika pembakaran hidrogen di bintang biru mulai berakhir (kira-kira memakan waktu 10 juta tahun), ia akan berkontraksi dan memuai menjadi bintang maha raksasa biru. 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. Bintang netron (disebut juga Pulsar atau bintang 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.

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. Lubang hitam juga dapat bertambah massanya dengan cara bertubrukan dengan lubang hitam yang lain sehingga menjadi satu lubang hitam yang lebih besar

Di dalam kaidah fisika, besaran gaya gravitasi berbanding terbalik dengan kuadrat jarak atau dirumuskan F µ 1/r2. Dari formula inilah kita bisa memahami mengapa lubang hitam mempunyai gaya gravitasi yang maha dahsyat. Dengan nilai r yang makin kecil atau mendekati nol, gaya gravitasi akan menjadi tak hingga besarnya.

Para ilmuwan menghitung, seandainya bumi kita ini akan menjadi lubang hitam, agar gravitasinya mampu mencegah cahaya keluar, maka bumi harus dimampatkan menjadi bola berjari-jari 1 cm. hahaha……. Kalo bumi berjari-jari 1 cm, lalu manusia ? kempis…

Bagaimana Melacak Monster Lubang Hitam ?

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. Eyang-eyang, telah berpulang…… ntar juga ketemu di neraka kok, eh surga dong……

Setelah hampir selama 30 tahun berkeyakinan bahwa lubang hitam (black hole) menelan dan menghancurkan segala sesuatu yang terperangkap di dalamnya, fisikawan antariksa Stephen Hawking berubah pikiran. Hawking mengaku telah salah meletakkan argumen kunci tentang perilaku lubang hitam itu.

Hukum-hukum fisika kuantum menyatakan, informasi-informasi itu tidak mungkin hilang sepenuhnya. Hawking dan teman-temannya berpendapat medan gravitasi ekstrem dari lubang hitam dapat menjadi pengecualian dari hukum- hukum itu. Radius sebuah lubang hitam (Rs) = 2MG/v2. Di mana M adalah massa lubang hitam, G adalah konstanta Gravitasi, dan v adalah kecepatan yang dibutuhkan suatu objek untuk menghindar dari gaya tarik gravitasi. Untuk kasus lubang hitam v adalah c atau kecepatan cahaya.

Dalam konferensi internasional tentang Relativitas Umum dan Gravitasi ke-17, Juli 2004, Hawking mengumumkan apa yang ia percayai keliru. Menurut dia, informasi yang ditelan lubang hitam mungkin bisa ditelusuri kembali dalam bentuk yang membingungkan. Ini memungkinkan penyatuan teori gravitasi dan mekanika kuantum.

Informasi-informasi yang ada dalam lubang hitam itu ternyata memungkinkan untuk melepaskan diri. Temuan barunya itu bahkan dapat membantu memecahkan paradoks informasi di lubang hitam yang selama ini menjadi teka-teki besar dalam fisika modern. ‘Saya telah memikirkan tentang permasalahan ini selama 30 tahun terakhir, dan saya kira kini saya telah memiliki jawabannya’ kata Hawking.

Menurutnya, sebuah lubang hitam hanya muncul untuk membentuk diri tetapi belakangan membuka diri dan melepaskan informasi tentang apa yang telah terjatuh ke dalamnya. Jadi kita dapat memastikan tentang masa lalu dan memprediksikan yang akan datang.

Paradoks dan Kemungkinan Lain
 

Jika informasi benar-benar hilang dalam lubang hitam, maka ada beberapa prinsip mekanika kuantum yang dilanggar. Yang pertama adalah prinsip mikroreversibilitas. Sebagaimana pendapat para peneliti di The Center for Nuclear Studies GWU Washington DC, paradigma mekanika kuantum, setiap proses fisis dapat dibalik kejadiannya.

Maka informasi akhir bisa digunakan menelusuri informasi awal proses. Lubang hitam adalah sumber irreversibilitas di semesta karena salah satu pasangan partikel yang tercipta pada produksi pasangan berada di luar cakrawala peristiwa tidak mengandung bit informasi tentang apa yang terjadi di sisi dalam cakrawala peristiwa.

Prinsip selanjutnya yang dilanggar adalah unitarity. Propagasi informasi dari keadaan awal ke keadaan akhir secara matematis mengalami evolusi yang unitary. Artinya, fluks dijamin utuh. Menurut Preskill, profesor informasi kuantum di California Institute of Technology (Caltech), yang terjadi pada lubang hitam adalah keadaan awal informasi yang murni berevolusi menjadi keadaan yang bercampur. Keadaan ini melanggar prinsip unitarity.

Lebih parah lagi, prinsip kekekalan energi juga harus dilanggar. Dalam kekekalan energi hilangnya informasi dalam bentuk materi harus diiringi terciptanya energi sangat besar. Jika paradoks ini benar, alam semesta akan bersuhu sekitar 1.031 derajat hanya dalam beberapa detik, yang dalam kenyataan tidak terjadi.

Atas semua polemik yang rumit di atas, Hawking tetap pantas menerima acungan jempol. Sebab, teori lubang hitam telah membuka cakrawala baru dalam jagat fisika dan ilmu pengetahuan secara umum. Pasca lubang hitam, apakah ilmuwan akan menemukan lubang putih? Masih teka-teki tentunya. Yang jelas manusia terus tertuntut untuk mencari dan mencari.