Lubang hitam adalah fenomena spasial dengan proporsi yang sangat tinggi (biasanya lebih besar dari matahari) dan dengan massa sangat kompak, menghasilkan medan gravitasi yang begitu kuat sehingga tidak ada partikel atau radiasi berhasil keluar.
Karena bahkan cahaya pun tersedot, keberadaan lubang hitam dibuktikan oleh konsekuensi gravitasi yang dapat diamati. di sekitarnya, terutama oleh perubahan orbit benda langit di dekatnya, yang mulai tertarik ke lubang hitam.
Selain itu, para astronom dan ilmuwan mengklaim bahwa lubang hitam dapat diamati karena emisi cahayanya.
Gambar pertama lubang hitam
Gambar pertama lubang hitam berdiameter 40 miliar kilometer yang terletak di Galaxy M87, 50 juta tahun cahaya dari Bumi. Foto: Acara Horizont Telescope.
Gambar pertama lubang hitam dirilis pada April 2019 di sebuah konferensi di Brussels. Ditemukan, setelah 2 tahun pengamatan dan penelitian, oleh proyek internasional yang disebut Event Horizon Telescope (EHT), yang menyatukan hampir selusin teleskop radio di dunia, dari Eropa hingga Kutub Selatan.
Dalam gambar, satu-satunya bagian lubang hitam yang terlihat adalah lingkaran emas, yang disebut oleh para astronom "cakrawala peristiwa" (cakrawala peristiwa dalam bahasa Portugis) atau "point of no return".
Di pusat cakrawala peristiwa, ada kepadatan massa yang tak terhitung, yang disebut singularitas. Gravitasi titik ini sangat kuat sehingga tidak ada benda di sekitarnya yang bisa lepas.
Secara teori, hanya sesuatu yang bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya yang dapat menahan medan gravitasi lubang hitam. Karena alasan ini, tidak mungkin untuk mengetahui secara pasti apa yang terjadi pada materi yang tersedot.
Bagaimana lubang hitam terbentuk?
Lubang hitam terbentuk dari keruntuhan gravitasi benda langit. Fenomena ini terjadi ketika tekanan internal suatu benda (biasanya bintang) tidak cukup untuk mempertahankan massanya sendiri. Jadi ketika inti bintang runtuh karena gravitasi, benda langit meledak melepaskan sejumlah besar energi dalam sebuah peristiwa yang dikenal sebagai supernova.
Gambar representatif dari supernova.
Selama supernova, dalam sepersekian detik, seluruh massa bintang dikompresi ke dalam intinya saat bergerak ke kira-kira 1/4 kecepatan cahaya (pada kenyataannya, pada saat inilah elemen terberat di alam semesta adalah dibuat).
Kemudian ledakan akan menimbulkan bintang neutron atau, jika bintangnya cukup besar, hasilnya adalah pembentukan lubang hitam, yang jumlah massa astronomisnya yang terkonsentrasi menciptakan medan gravitasi yang disebutkan di atas. Di dalamnya, kecepatan lepas (kecepatan yang diperlukan untuk beberapa partikel atau radiasi untuk menahan gaya tarik) harus, setidaknya, lebih besar dari kecepatan cahaya.
Seberapa besar lubang hitam?
Lubang hitam datang dalam berbagai ukuran. Yang terkecil yang diketahui sains disebut lubang hitam primordial dan diyakini seukuran atom tetapi dengan massa total sebesar gunung.
Lubang hitam sedang (yang massanya mencapai 20 kali massa total matahari) disebut bintang. Dalam kategori ini, lubang hitam terkecil yang ditemukan adalah 3,8 kali massa matahari.
Lubang hitam katalog terbesar disebut supermasif, sering ditemukan di pusat galaksi. Sebagai contoh, di pusat Bima Sakti adalah Sagitarius A, sebuah lubang hitam dengan massa setara dengan 4 juta kali massa matahari.
Sejauh ini, lubang hitam terbesar yang diketahui disebut S50014+81, yang massanya empat puluh miliar kali massa matahari.
Jenis lubang hitam
Fisikawan teoretis Jerman Albert Einstein merumuskan serangkaian hipotesis terkait gravitasi yang menjadi dasar munculnya fisika modern. Kumpulan ide ini diberi nama Teori Relativitas Umum, di mana ilmuwan membuat beberapa pengamatan inovatif tentang efek gravitasi lubang hitam.
Bagi Einstein, lubang hitam adalah "deformasi dalam ruang-waktu yang disebabkan oleh sejumlah besar materi terkonsentrasi". Teorinya mendorong kemajuan pesat di area tersebut dan memungkinkan klasifikasi berbagai jenis lubang hitam:
Lubang Hitam Schwarzschild
Lubang hitam Schwarzschild adalah mereka yang tidak memiliki muatan listrik dan juga tidak memiliki momentum sudut, yaitu mereka tidak berputar di sekitar porosnya.
Lubang hitam kerr
Lubang hitam Kerr tidak memiliki muatan listrik tetapi berputar di sekitar porosnya.
Lubang hitam Reissner-Nordstrom
Lubang hitam Reissner-Nordstrom membawa muatan listrik tetapi tidak berputar di sekitar porosnya.
Lubang Hitam Kerr-Newman
Lubang hitam Kerr-Newman membawa muatan listrik dan berputar di sekitar porosnya.
Secara teori, semua jenis lubang hitam akhirnya menjadi lubang hitam Schwarzschild (statis dan tidak bermuatan) ketika mereka kehilangan energi yang cukup dan berhenti berputar. Fenomena ini dikenal sebagai Proses Penrose. Dalam kasus seperti itu, satu-satunya cara untuk membedakan satu lubang hitam Schwarzschild dari lubang hitam lainnya adalah dengan mengukur massanya.
Struktur lubang hitam
Lubang hitam tidak terlihat karena medan gravitasinya tidak dapat dihindari bahkan untuk cahaya. Dengan demikian, lubang hitam memiliki tampilan permukaan gelap dari mana tidak ada yang dipantulkan dan tidak ada bukti tentang apa yang terjadi pada unsur-unsur yang tersedot ke dalamnya. Namun, mulai dari pengamatan efek yang ditimbulkannya di sekitarnya, ilmu pengetahuan menyusun lubang hitam menjadi horizon peristiwa, singularitas, dan ergosfer.
Cakrawala peristiwa
Batas medan gravitasi lubang hitam dari mana tidak ada yang diamati disebut cakrawala peristiwa atau titik tidak bisa kembali.
Representasi grafis dari cakrawala peristiwa, disediakan oleh NASA, di mana bola sempurna diamati dari mana tidak ada cahaya yang dipancarkan.
Meskipun sebenarnya hanya konsekuensi gravitasi, cakrawala peristiwa dianggap sebagai bagian dari struktur lubang hitam karena merupakan awal dari area yang dapat diamati dari fenomena tersebut.
Bentuknya diketahui bulat sempurna dalam lubang hitam statis dan miring dalam lubang hitam berputar.
Karena dilatasi waktu gravitasi, pengaruh yang diberikan massa lubang hitam pada ruang-waktu menyebabkan cakrawala peristiwa, bahkan di luar jangkauannya, memiliki efek berikut:
- Bagi pengamat yang jauh, jam di dekat cakrawala peristiwa akan bergerak lebih lambat daripada jam yang lebih jauh. Dengan demikian, objek apa pun yang tersedot ke dalam lubang hitam akan tampak melambat hingga tampak lumpuh pada waktunya.
- Untuk pengamat yang jauh, objek yang mendekati cakrawala peristiwa akan terlihat berwarna kemerahan, akibat dari fenomena fisik yang dikenal sebagai pergeseran merah, karena frekuensi cahaya dikurangi oleh medan gravitasi lubang hitam.
- Dari sudut pandang objek, waktu akan berlalu dengan kecepatan yang dipercepat untuk seluruh alam semesta, sedangkan bagi Anda, waktu akan berlalu secara normal.
Keganjilan
Titik pusat lubang hitam, di mana massa bintang menjadi terkonsentrasi tanpa batas, disebut singularitas, yang hanya sedikit diketahui. Secara teori, singularitas mengandung massa total bintang yang runtuh, ditambah massa semua benda yang tersedot oleh medan gravitasi, tetapi tidak memiliki volume atau permukaan.
Ergosfer
Ergosfer adalah zona yang mengelilingi cakrawala peristiwa dalam lubang hitam yang berputar, di mana benda langit tidak mungkin tetap diam.
Juga menurut relativitas Einstein, setiap objek yang berputar cenderung menyeret ruang-waktu mendekatinya. Dalam lubang hitam yang berputar, efek ini sangat kuat sehingga membutuhkan benda langit untuk bergerak ke arah yang berlawanan dengan kecepatan lebih besar dari kecepatan cahaya untuk tetap diam.
Penting untuk tidak mengacaukan efek ergosphere dengan efek horizon peristiwa. Ergosphere tidak menarik benda-benda dengan medan gravitasi. Dengan demikian, segala sesuatu yang bersentuhan dengannya hanya akan tergeser dalam ruang-waktu dan hanya akan tertarik jika melintasi cakrawala peristiwa.
Teori Lubang Hitam Stephen Hawking
Stephen Hawking adalah salah satu fisikawan dan kosmolog paling berpengaruh pada abad ke-20 dan ke-21. Di antara banyak kontribusinya, Hawking memecahkan beberapa teorema yang diajukan oleh Einstein bahwa berkontribusi pada teori bahwa alam semesta dimulai dalam singularitas, yang semakin memperkuat panggilan Teori Big Bang.
Hawking juga percaya bahwa lubang hitam tidak sepenuhnya hitam tetapi memancarkan sejumlah kecil radiasi termal. Efek ini dikenal dalam fisika sebagai Radiasi Hawking. Teori ini memprediksi bahwa lubang hitam akan kehilangan massa dengan radiasi yang dilepaskan dan, dalam proses yang sangat lambat, akan menyusut hingga menghilang.
Lihat juga:
- Teori relativitas
- Gravitasi
- dentuman Besar
