Mari Bantu Astronom Menemukan Lubang Hitam Bermassa Bintang di Bimasakti

Mari bantu temukan lubang hitam yang mengorbit bintang di Bimasakti. Kredit: ESO / L. Calçada

InfoAstronomy - Lubang hitam tidak hanya ada satu di pusat Galaksi Bimasakti. Ada jenis lubang hitam lainnya yang lebih kecil, yang dikenal sebagai lubang hitam bermassa bintang.

Sejauh ini, para astronom baru mengetahui sekitar 50 lubang hitam bermassa bintang di Galaksi Bimasakti, dengan yang terdekat dari Bumi berjarak sekitar 1.600 tahun cahaya. Namun, jumlah ini dianggap terlalu sedikit, padahal sebenarnya diperkirakan ada sekitar 100 juta lubang hitam bermassa bintang yang tersebar di seantero Bimasakti.

Dalam rangka menemukan lebih banyak lubang hitam bermassa bintang yang selama ini luput dari pengamatan, para astronom baru-baru ini membuat program yang mengajak masyarakat umum ikut berburu lubang hitam bermassa bintang melalui sebuah proyek sains warga (citizen science) yang dapat diikuti siapa saja di seluruh dunia.

Targetnya adalah lubang hitam bermassa bintang yang berada dalam sistem bintang ganda, atau saling mengitari satu sama lain bersama bintang. Sebagian besar lubang hitam bermassa bintang yang diketahui berada dalam sistem semacam itu. Siap berkontribusi dan menemukan lubang hitam pertamamu?

Oke, kamu perlu tahu dulu bahwa ada beberapa cara untuk menemukan pasangan bintang dan lubang hitam tersebut. Salah satunya ketika lubang hitam menarik materi dari bintang pendampingnya. Materi yang jatuh ke arah lubang hitam akan dipanaskan oleh gravitasi yang sangat kuat dan memancarkan cahaya, sehingga keberadaan lubang hitam dapat diketahui.

Cara lainnya adalah dengan mengamati gerakan bintang pendamping. Meskipun lubang hitamnya tidak terlihat secara langsung, gravitasinya dapat membuat bintang bergerak mengelilingi suatu pusat massa sistem dengan pola tertentu.

Namun, program yang dibuat para astronom ini justru mencari jenis lubang hitam yang tidak menunjukkan kedua tanda tersebut.

Menurut Dr. Adam McMaster dari University of Southampton, Inggris, timnya mencari lubang hitam bermassa bintang yang berada dalam sistem bintang ganda dengan jarak antarkeduanya cukup jauh. Alhasil, lubang hitamnya sedang tidak menarik materi dari bintang pendampingnya, sehingga lubang hitam tersebut praktis tidak berinteraksi dengan bintang dan menjadi hampir sepenuhnya tidak terlihat.

Untungnya, ada cara lain untuk menemukannya.

Lewat Cahaya Bintangnya

Lubang hitam merupakan objek yang super padat, akan tetapi volumenya kecil. Dengan begitu, massanya besar. Dan karena massa berbanding lurus dengan gravitasi, gravitasi lubang hitam menjadi begitu kuat.

Kuatnya gravitasi membuat apapun yang berada terlalu dekat dengannya tertarik, bahkan cahaya. Inilah yang menyebabkan lubang hitam tidak memancarkan cahaya secara langsung.

Meski begitu, gravitasinya yang kuat dapat memengaruhi cahaya dari objek yang berada di belakangnya. Itu terjadi karena massa yang sangat besar melengkungkan ruang-waktu dan membuat cahaya seolah-olah diperbesar atau dibelokkan. Fenomena ini dikenal sebagai pelensaan gravitasi.

Untuk sistem yang terdiri dari sebuah bintang dan lubang hitam, para astronom dapat memanfaatkan bentuk khusus dari fenomena yang disebut pelensaan mandiri atau self-lensing.

Self-lensing terjadi ketika objek bermassa besar yang bertindak sebagai lensa dan objek bermassa lebih rendah yang cahayanya dilensakan sama-sama mengorbit satu sama lain. Ketika lubang hitam secara berkala melintas di depan bintang dari sudut pandang kita, gravitasinya dapat membelokkan dan memperkuat sebagian cahaya bintang. Akibatnya, kecerlangan bintang akan mengalami perubahan secara berkala.

Ilustrasi lubang hitam yang mengorbit bersama bintang. Kredit: ESO / L. Calçada

Perubahan kecil pada kecerlangan inilah yang dapat menjadi petunjuk keberadaan lubang hitam yang sebenarnya tidak memancarkan cahaya.

Sejauh ini, astronom telah menemukan lima sistem self-lensing. Namun, tidak satu pun diketahui memiliki lubang hitam. Kelima sistem tersebut bukan berisi lubang hitam, melainkan katai putih, yaitu sisa inti bintang bermassa rendah yang telah melewati tahap akhir evolusinya.

Memang, sistem bintang ganda seperti yang kita sedang bicarakan ini bisa saja mengandung dua bintang, mengandung satu bintang dan satu lubang hitam bermassa bintang, maupun mengandung satu bintang dan satu katai putih.

Pada awalnya, sistem ganda seperti ini memiliki dua bintang. Namun, karena bintang tidak selamanya eksis dan bisa kehabisan bahan bakar, mereka bisa mati dan berevolusi. Terkadang, dua bintang dalam sistem ganda tidak mengalami evolusi yang berbarengan.

Jika dalam sistem ganda ada salah satunya bintang bermassa rendah seperti Matahari, bintang tersebut tidak memiliki massa yang cukup untuk meledak sebagai supernova. Setelah menghabiskan bahan bakar nuklirnya, bintang tersebut akan meninggalkan inti padat menjadi katai putih.

Nah, jika salah satu bintang dalam sistem ganda adalah bintang yang jauh lebih masif, dengan massa awal lebih dari sekitar delapan kali massa Matahari, ia dapat mengakhiri hidupnya dalam ledakan supernova. Ledakan tersebut dapat meninggalkan lubang hitam bermassa bintang atau bintang neutron.

Karena jumlah lubang hitam dan bintang neutron yang diketahui jauh lebih sedikit dibandingkan katai putih, belum ada sistem self-lensing yang diketahui melibatkan keduanya.

Tim McMaster berharap dapat menjadi yang pertama menemukan sistem seperti itu, terutama sistem yang memiliki lubang hitam. Namun, menemukan bintang neutron dengan metode yang sama juga akan menjadi hasil yang sangat menarik.

Ilustrasi sistem ganda bintang dan lubang hitam yang bikin kecerlangan bintang naik ketika lubang hitam lewat di depannya. Kredit: Zooniverse

AI Mencari Kandidat, Manusia Memeriksanya

Untuk mencari sistem-sistem tersebut, McMaster bersama timnya menggunakan data dari Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) milik NASA. Teleskop antariksa ini sebenarnya dirancang untuk mencari planet di luar tata surya dengan mengamati perubahan kecerlangan bintang. Namun, data TESS ternyata juga sangat berguna untuk mencari fenomena lain seperti self-lensing.

McMaster dan timnya telah melatih sebuah sistem kecerdasan buatan (AI) untuk menyisir sekitar 15 juta kurva cahaya dari berbagai bintang yang dihasilkan TESS. Kurva cahaya merupakan catatan mengenai bagaimana kecerlangan sebuah objek berubah dari waktu ke waktu. Dengan kata lain, mereka menggunakan AI untuk mencari kandidat.

Namun, pekerjaan manusia masih sangat dibutuhkan. Kecerdasan manusia akan diandalkan untuk memeriksa hasil kandidat yang didapat dari AI.

Itu karena perubahan kecerlangan secara berkala tidak selalu disebabkan oleh lubang hitam. Banyak fenomena lain yang juga dapat membuat sebuah bintang tampak lebih terang atau lebih redup secara berulang. Karena itu, kandidat yang ditemukan AI perlu diperiksa satu per satu untuk menentukan mana yang benar-benar masuk akal sebagai sistem self-lensing.

Inilah alasan program tersebut membuka pencarian kepada masyarakat umum melalui platform Zooniverse.

Cuplikan layar Zooniverse untuk pencarian lubang hitam. Kredit: Zooniverse

Siapapun bisa ikut serta dalam pencarian lubang hitam bermassa bintang ini, bahkan tidak membutuhkan latar belakang astronomi. Jika kamu tertarik ikut, kamu akan diberi contoh mengenai pola yang perlu dicari, kemudian membantu mengidentifikasi kandidat yang menarik dari data pengamatan.

Dengan kata lain, seseorang yang tidak pernah mempelajari lubang hitam secara mendalam pun berkesempatan membantu astronom menemukan populasi lubang hitam yang sebelumnya belum pernah diketahui.

Ribuan Menunggu Ditemukan

Dari data TESS saja, para astronom memperkirakan dapat menemukan puluhan sistem baru. Namun, jumlah sebenarnya mungkin jauh lebih besar, bahkan bisa mencapai ribuan sistem yang selama ini tersembunyi di dalam data.

Pencarian juga tidak akan berhenti pada TESS. Seiring berjalannya program, para astronom berencana menggabungkan data dari berbagai survei dan observatorium lain, termasuk Next Generation Transit Survey (NGTS) yang berbasis di Bumi, serta teleskop antariksa seperti Euclid dan Nancy Grace Roman Space Telescope.

Jika berhasil, program ini tidak hanya akan menambah daftar lubang hitam bermassa bintang di Galaksi Bimasakti, tetapi juga menjadi kesempatan untuk mempelajari seberapa banyak lubang hitam bermassa bintang yang berada dalam sistem ganda tanpa berinteraksi dengan pasangannya.

Dan menariknya, sebagian dari penemuan tersebut mungkin bukan berasal dari teleskop baru atau instrumen yang lebih canggih, melainkan dari pola kecil pada cahaya sebuah bintang yang berhasil dikenali oleh manusia yang ikut serta dalam pencarian.

Jika kamu tertarik berpartisipasi, kamu bisa langsung mengakses Zooniverse.

Sumber & Referensi:

• Carpineti, A. (2026, September). If You Want To Discover A Missing Black Hole In Our Galaxy, This Is Your Chance. IFLScience.
• D’Orazio, D. J., & Di Stefano, R. (2020). Detecting gravitational self-lensing from stellar-mass binaries composed of black holes or neutron stars. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 491(1), 1506–1517.
• Fatheddin, H., & Sajadian, S. (2024). Finite-lens effect on self-lensing in detached white dwarfs-main sequence binary systems. The Astronomical Journal.
• Japelj, J. (2022, September). Wobbly Star Reveals the Closest Black Hole Yet. Sky & Telescope.
• Kawahara, H., Masuda, K., MacLeod, M., Latham, D. W., Bieryla, A., & Benomar, O. (2018). Discovery of three self-lensing binaries from Kepler. The Astronomical Journal, 155(3), 144. 
• Kruse, E., & Agol, E. (2014). KOI-3278: A self-lensing binary star system. Science, 344(6181).
• Yamaguchi, N., El-Badry, K., & Sorabella, N. M. (2024). A search for self-lensing binaries with TESS and constraints on their occurrence rate. Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 136(124202).