Begini Cara Astronom Menemukan dan Mempelajari Lubang Hitam

Ilustrasi. Kredit: Sandbox Studio

Info Astronomy - Bayangkan, di suatu tempat di galaksi, sebuah bintang super raksasa yang sangat masif sedang menemui ajalnya. Ia tak mampu lagi menahan gravitasinya sendiri hingga akhirnya bintang tersebut runtuh dan berevolusi menjadi lubang hitam, menarik apa saja di dekatnya, bahkan cahaya sekalipun tak bisa lolos.

Pada sebuah lubang hitam, ada area yang disebut sebagai event horizon (cakrawala peristiwa), sebuah titik di mana suatu material tak dapat kabur bila melewatinya, sebuah titik di mana ruang-waktu menjadi melengkung.

Lubang hitam mungkin terdengar terlalu aneh dan mengerikan. Tetapi faktanya, mereka cukup umum di alam semesta. Bahkan di galaksi Bimasakti saja bisa jadi ada puluhan ribu hingga jutaan lubang hitam. Para ilmuwan juga percaya ada sebuah lubang hitam supermasif di pusat hampir setiap galaksi di alam semesta, termasuk galaksi kita sendiri.

Sejarah Lubang Hitam

Menurut informasi dari Space.com, semuanya dimulai di Inggris pada tahun 1665, ketika sebuah apel terlepas dari dahan pohon dan jatuh ke tanah, lalu seorang pemuda bernama Isaac Newton mulai berpikir tentang jatuhnya apel tersebut: kenapa apel ini bisa jatuh?

Dua dekade kemudian, Newton telah memiliki kesimpulan bahwa harus ada semacam kekuatan universal yang mengatur gerak apel dan bahkan gerak planet. Ia lantas menyebutnya gravitasi.

Newton menyadari bahwa setiap benda di alam semesta yang memiliki massa sudah pasti memiliki tarikan gravitasi. Ia juga menemukan bahwa dengan meningkatnya massa, gravitasi pun ikut meningkat.

Untuk melarikan diri dari gravitasi sebuah objek, maka perlu untuk mencapai kecepatan lepasnya. Sebagai contoh, untuk menghindari gravitasi Bumi, kita akan perlu melakukan perjalanan dengan kecepatan sekitar 11 kilometer per detik.

100 tahun kemudian, John Michell, seorang cendekiawan Inggris, memiliki kesimpulan bahwa jika ada bintang yang jauh lebih besar atau lebih padat daripada Matahari, kecepatan lepas dari bintang tersebut bisa menyamai bahkan melampaui kecepatan cahaya. Ia menyebut benda-benda ini dengan "bintang gelap".

Dua belas tahun kemudian, seorang matematikawan Prancis, Pierre Simon de Laplace, tiba pada kesimpulan yang sama dengan John Michell dan menawarkan bukti matematis untuk keberadaan "bintang gelap", sebuah benda yang sekarang kita kenal sebagai lubang hitam.

Pada tahun 1915, Albert Einstein mengemukakan teori revolusioner, yakni relativitas umum, yang mengganggap ruang dan waktu sebagai objek empat dimensi yang melengkung. Dengan tidak melihat gravitasi sebagai kekuatan, Einstein justru melihatnya sebagai hasil dari pelengkungan ruang dan waktu itu sendiri.

Sebuah objek besar, seperti Matahari, akan membuat ruang-waktu di sekiarnya melengkung, menghasilkan gaya gravitasi, dan menyebabkan benda di sekitarnya, seperti planet-planet di tata surya kita, mengikuti jalan lengkungan di sekitarnya, atau dengan kata lain: mengorbit Matahari.

Sebulan setelah Einstein mengemukakan teori ini, fisikawan Jerman, Karl Schwarzschild menemukan sesuatu yang menarik dalam persamaan Einstein. Schwarzschild menemukan solusi yang menyebabkan para ilmuwan sampai pada kesimpulan bahwa memang ada sebuah objek di luar angkasa yang memiliki gravitasi yang besar, sehingga apapun tidak dapat melarikan diri darinya, kecepatan lepasnya tak terhingga.

Sampai pada tahun 1967, objek misterius yang dicetuskan Karl Schwarzschild tidak diberikan nama universal. Para ilmuwan sempat mengusulkan nama seperti "collapsar" atau "bintang beku" ketika membahas objek gelap dengan gravitasi yang sangat besar ini. Hingga pada sebuah konferensi di New York, AS, fisikawan John Wheeler memopulerkan istilah "Lubang Hitam".

Ilustrasi lubang hitam. Kredit: Getty Images

Bagaimana Cara Menemukan Lubang Hitam?

Selama pembentukan bintang, gravitasi terkompresi hingga terhenti oleh tekanan internal bintang. Jika tekanan internal tidak berhenti mengompresi, hal tersebut dapat mengakibatkan pembentukan lubang hitam.

Dikutip dari ScienceDaily, beberapa lubang hitam terbentuk ketika bintang masif runtuh. Namun, beberapa ilmuwan percaya lubang hitam juga ada yang terbentuk sangat awal di alam semesta, mulai satu miliar tahun setelah Big Bang.

Tidak ada batas untuk seberapa besar lubang hitam dapat terbentuk, bahkan lubang hitam bisa terbentuk hingga lebih dari satu miliar kali massa Matahari. Namun, menurut relativitas umum Einstein, ada batas untuk seberapa kecil lubang hitam dapat terbentu. Lubang hitam juga bisa menambah massanya, ia bisa tumbuh besar dengan melahap materi di sekitarnya.

Oh iya, sampai di sini, apakah Anda masih berpikir bahwa lubang hitam adalah lubang? Bila masih, Anda keliru. Lubang hitam bukanlah lubang dalam artian sebenarnya. Bila Anda menyimak sejarah lubang hitam di atas, maka bisa dikatakan bahwa lubang hitam merupakan objek padat dengan massa yang sangat besar, sehingga gravitasinya juga besar.

Lalu, bagaimana para astronom bisa menemukan lubang hitam? Bukankah tidak ada cahaya yang bisa lolos dari tarikan gravitasi lubang hitam, sehingga lubang hitam tidak bisa dilihat?

Tunggu dulu, hanya karena kita tidak dapat melihat lubang hitam, bukan berarti kita tidak dapat mendeteksinya. Para astronom dapat mendeteksi lubang hitam dengan beberapa metode. Salah satunya adalah melihat gerak bintang dan gas di dekatnya, atau dengan melihat keanehan pada lingkungan di sekitarnya.

Material-material di luar angkasa yang berada dekat lubang hitam juga akan berputar-putar mengelilingi lubang hitam, menciptakan piringan rata yang disebut cakram akresi. Materi yang berputar ini kehilangan energinya lalu "memuntahkan" radiasi dalam bentuk sinar-X dan radiasi elektromagnetik, sebelum akhirnya melewati cakrawala peristiwa.

Ini adalah bagaimana para astronom mengidentifikasi lubang hitam Cygnus X-1 pada tahun 1971. Cygnus X-1 ditemukan ketika sistem bintang biner -- sistem dua bintang yang saling mengorbit -- memiliki satu anggota bintang yang sangat panas dan terang yang disebut maharaksasa biru, yang terlihat memiliki cakram akresi di sekitar obyek yang tak terlihat.

Sistem bintang biner tersebut ternyata juga memancarkan sinar-X, yang menurut teori biasanya tidak diproduksi oleh bintang maharaksasa biru. Dengan menghitung seberapa jauh dan seberapa cepat bintang terlihat bergerak, astronom mampu menghitung massa obyek yang tak terlihat tersebut. Meskipun dipadatkan menjadi volume lebih kecil dari Bumi, massa obyek tak terlihat tersebut memiliki massa enam kali lebih besar dari massa Matahari kita!

Beberapa percobaan yang berbeda untuk mempelajari Lubang Hitam juga dilakukan. Event Horizon Telescope misalnya, mampu melihat Lubang Hitam Supermasif yang berada di inti galaksi kita dan galaksi terdekat, M87. Para ilmuwan juga dapat melakukan pemetaan, yang menggunakan teleskop sinar-X untuk mencari perbedaan waktu antara emisi dari berbagai lokasi di dekat Lubang Hitam sehingga dapat memahami orbit gas dan foton di sekitar Lubang Hitam.

Selain memiliki cakram akresi, Lubang Hitam juga memiliki angin kosmik dan jet yang sangat terang dan dapat meletus akibat rotasi Lubang Hitam yang begitu cepat. Jet ini akan terlihat menembak keluar, berisi materi dan radiasi, paca kecepatan hampir secepat cahaya. Para ilmuwan masih bekerja untuk memahami bagaimana jet ini terbentuk.

Jet yang terlontar dari Lubang Hitam Pictor A. Kredit: NASA

Jadi apa itu Lubang Hitam? Sederhananya, Lubang Hitam adalah bagian dari ruang-waktu yang memiliki tarikan gravitasi yang sangat besar dan kuat. Medan gravitasi obyek seperti ini sangat ekstrim sehingga untuk bisa lepas dari tarikan gravitasinya kita membutuhkan kecepatan cahaya atau bahkan lebih besar dari kecepatan cahaya, dan bahkan cahaya pun tidak bisa lolos dari tarikan gravitasinya.