Apakah para Ilmuwan Benar-Benar Telah Menemukan Lubang Hitam?

KEDENGARANNYA seperti fiksi ilmiah saja​—bintang-bintang yang sebelumnya terang kemudian lenyap, diremukkan oleh gaya gravitasinya sendiri, dan tidak ada sesuatu pun, bahkan cahaya, yang dapat lolos dari cengkeramannya. Banyak astronom percaya bahwa lubang hitam semacam itu terdapat di mana-mana di alam semesta. Apakah Anda ingin tahu lebih banyak tentangnya? Kisahnya berawal dari konstelasi indah di sebelah utara yang disebut Cygnus, berarti ”sang Angsa”.

Cygnus X-1​—Sebuah Lubang Hitam?

Sejak tahun 1960-an, para astronom telah berminat akan daerah tertentu pada konstelasi bintang Cygnus. Observatorium-observatorium yang diluncurkan untuk mengorbit di luar atmosfer Bumi mendeteksi sebuah sumber sinar X yang sangat kuat dari daerah ini, yang disebut Cygnus X-1.

Para ilmuwan telah lama tahu bahwa semakin panas suatu benda, semakin besar energi yang dipancarkannya pada panjang gelombang elektromagnetik yang lebih pendek dan lebih energik. Jika Anda memanaskan sepotong besi pada tanur yang sangat panas, pada mulanya besi itu akan berpijar merah dan kemudian kuning dan putih seraya besi itu semakin panas. Begitu pula halnya dengan bintang-bintang. Bintang yang relatif dingin, dengan suhu sekitar 3.000 K, berwarna kemerah-merahan, sedangkan bintang berwarna kuning, seperti Matahari, memiliki suhu permukaan mendekati 6.000 K.a Akan tetapi, gas bintang harus dipanaskan hingga jutaan derajat kelvin agar dapat memancarkan radiasi sinar X seperti yang berasal dari Cygnus X-1. Tidak ada bintang yang memiliki suhu permukaan setinggi itu.

Pada lokasi Cygnus X-1, para astronom telah menemukan sebuah bintang dengan suhu permukaan yang diperkirakan setinggi 30.000 K​—memang sangat panas, tetapi belum cukup panas untuk menghasilkan sinar X tersebut. Bintang ini, yang terdaftar sebagai HDE 226868, massanya diperkirakan sekitar 30 kali lipat Matahari dan berjarak 6.000 tahun cahaya dari Bumi. Bintang super raksasa ini memiliki pendamping, dan keduanya berputar mengelilingi satu sama lain dengan waktu orbit 5,6 hari. Para ilmuwan memperhitungkan bahwa pendamping tersebut hanya berjarak beberapa juta kilometer dari HDE 226868. Menurut beberapa sumber, pendamping ini massanya sekitar sepuluh kali lipat Matahari. Tetapi, ada yang sangat aneh dengan pendamping ini​—ia tidak kelihatan. Tidak ada bintang normal sebesar itu yang tidak terlihat pada jarak demikian dari Bumi. Para ilmuwan mengatakan bahwa objek sebesar itu yang tampaknya memancarkan sinar X tetapi tidak memancarkan cahaya tampak, kemungkinan besar adalah sebuah lubang hitam.

Mengunjungi Lubang Hitam

Bayangkan seandainya Anda dapat mengadakan perjalanan ke Cygnus X-1. Anggaplah bahwa itu memang sebuah lubang hitam, maka apa yang Anda lihat kemungkinan besar akan seperti ilustrasi pada halaman 17. Bintang yang besar adalah HDE 226868. Meskipun bintang ini berdiameter jutaan kilometer, lubang hitamnya mungkin hanya berdiameter sekitar 60 kilometer. Titik hitam kecil di tengah pusaran gas berpijar itu adalah garis cakrawala, atau permukaan, lubang hitam. Akan tetapi, itu bukan permukaan yang pejal, melainkan lebih mirip bayangan. Itu merupakan perbatasan wilayah tempat gravitasi di sekitar lubang hitam sedemikian kuatnya sehingga cahaya sekalipun tidak dapat lolos. Banyak ilmuwan berpendapat bahwa di dalam cakrawala itu, di tengah lubang hitam tersebut, merupakan titik dengan volume nol dan kepadatan tak terbatas, yang dikenal sebagai ketunggalan (singularity); ke dalam titik inilah semua materi lubang hitam telah lenyap.

Lubang hitam itu menguras lapisan gas di bagian luar bintang pendampingnya. Gas dari bintang tersebut membentuk piringan berpijar seraya ia berputar semakin cepat dan menjadi panas akibat gesekan di sekeliling lubang hitam. Piringan gas yang luar biasa panas ini menghasilkan sinar X persis di luar lubang hitam, seraya gas tersebut dipercepat oleh gravitasi yang sangat kuat hingga mencapai kecepatan yang tak terbayangkan. Tentu saja, sekali gas tersebut jatuh ke dalam lubang hitam, tidak ada lagi sinar X​—atau apa pun​—yang dapat lolos.

Cygnus X-1 memang luar biasa untuk dilihat, tapi jangan dekat-dekat! Bukan hanya sinar X-nya yang mematikan melainkan juga gravitasinya. Di Bumi, hanya terdapat perbedaan kecil antara gaya gravitasi di kepala dan kaki sewaktu Anda berdiri. Perbedaan ini menghasilkan daya tarik kecil yang tak terasa. Akan tetapi, di Cygnus X-1, perbedaan kecil itu berlipat ganda hingga 150 miliar kali, menciptakan kekuatan yang benar-benar dapat menarik tubuh Anda, seolah-olah ada tangan-tangan tak terlihat yang menarik kaki Anda ke satu arah dan kepala Anda ke arah lain!

Cygnus A​—Lubang Hitam yang Luar Biasa Besar?

Masih ada daerah lain yang misterius pada konstelasi bintang Cygnus. Secara visual, daerah ini hanya mengandung bercak yang sangat samar dari sebuah galaksi yang jauh, tetapi daerah itu termasuk yang memancarkan gelombang radio terkuat di angkasa. Daerah itu disebut Cygnus A, dan sejak ditemukan lebih dari 50 tahun yang lalu, para ilmuwan telah dibuat terheran-heran olehnya.

Membayangkan skala Cygnus A saja sudah mencengangkan. Kalau Cygnus X-1 berada dalam galaksi kita sendiri, beberapa ribu tahun cahaya jauhnya, maka Cygnus A diperkirakan berada ratusan juta tahun cahaya jauhnya. Meskipun Cygnus X-1 dan pendampingnya yang tidak kelihatan hanya berbeda jarak sekitar satu menit cahaya, dua semburan gelombang radio yang membentuk pilar di Cygnus A berbeda jarak hingga ratusan ribu tahun cahaya.b Tampaknya sesuatu di pusat Cygnus A telah menembakkan semburan energi yang sangat kuat ini dengan arah berlawanan selama ratusan ribu atau bahkan jutaan tahun, bagaikan senapan sinar kosmis. Peta radio yang terperinci dari pusat Cygnus A menyingkapkan bahwa dibandingkan dengan semburan-semburan itu, senapan sinar tersebut sangat kecil, berukuran kurang dari satu bulan cahaya. Seandainya kedudukannya goyah selama waktu itu, berkas tersebut tidak akan rata. Tetapi, semburan misterius itu benar-benar lurus, seolah-olah senapan sinar yang menembakkannya telah distabilkan oleh sebuah giroskop raksasa.

Apa kira-kira penyebabnya? ”Dari antara banyak gagasan yang diusulkan pada awal tahun 1980-an untuk menjelaskan sumber energi tersebut,” demikian tulis Profesor Kip S. Thorne, ”hanya satu yang menyiratkan adanya sebuah giroskop yang luar biasa dengan masa hidup yang panjang, yang berukuran kurang dari satu bulan cahaya, dan yang mempunyai kesanggupan untuk menghasilkan semburan yang sangat kuat. Gagasan unik itu adalah sebuah lubang hitam raksasa yang berputar.”

Lubang Hitam Lain yang Diduga

Pada tahun 1994, Teleskop Antariksa Hubble yang baru diperbaiki mengamati dengan lebih saksama galaksi M87 yang ”berdekatan”, diperkirakan sejauh 50 juta tahun cahaya. Dengan perkakas optiknya yang diperbarui, Hubble mendeteksi sebuah pusaran gas di pusat M87 yang berputar mengelilingi suatu objek pada kecepatan yang mencengangkan​—2 juta kilometer per jam. Apa yang dapat menyebabkan gas itu bergerak sedemikian cepat? Perhitungan memperlihatkan bahwa objek di dalam pusaran tersebut pasti memiliki massa yang setara dengan paling tidak dua miliar Matahari. Tetapi, objek tersebut dijejalkan dalam ruang yang ”sangat kecil”, yakni seukuran tata surya kita. Satu-satunya objek yang dapat dibayangkan oleh para ilmuwan yang cocok dengan gambaran itu adalah sebuah lubang hitam yang luar biasa besar.

Calon-calon lubang hitam kini telah dideteksi di pusat sejumlah galaksi yang berdekatan, termasuk tetangga ”dekat” kita, galaksi Andromeda, hanya sekitar dua juta tahun cahaya jauhnya. Tetapi, mungkin saja ada lubang hitam raksasa yang lebih dekat lagi dengan kita daripada Andromeda! Pengamatan-pengamatan belum lama ini memperlihatkan bahwa sebuah lubang hitam berukuran sangat besar boleh jadi berada di pusat galaksi kita sendiri, Bima Sakti. Di sebuah daerah kecil terdapat sesuatu, yang diperkirakan memiliki massa sebesar 2,4 juta Matahari, yang menyebabkan bintang-bintang di sekitar pusat galaksi kita mengorbitnya pada kecepatan yang luar biasa. Fisikawan Thorne mengomentari, ”Bukti yang terkumpul secara bertahap selama tahun 1980-an memperlihatkan bahwa lubang-lubang semacam itu bukan hanya terdapat di inti sebagian besar kuasar dan galaksi radio, melainkan juga di inti kebanyakan galaksi besar yang normal (nonradio) seperti Bima Sakti dan Andromeda.”

Apakah para ilmuwan benar-benar telah menemukan lubang hitam? Kemungkinan ya. Yang pasti, mereka telah menemukan objek-objek yang sangat aneh pada konstelasi bintang Cygnus dan di tempat lain; objek-objek yang pada saat ini hanya dapat dijelaskan sebagai lubang hitam. Tetapi, data-data baru juga dapat menumbangkan teori-teori yang dipercayai umum.

Lebih dari 3.500 tahun yang lalu, Allah mengajukan pertanyaan kepada Ayub, ”Apakah engkau mengetahui hukum-hukum bagi langit?” (Ayub 38:33) Tidak soal adanya kemajuan ilmiah yang mengesankan, pertanyaan itu masih tepat waktu. Bagaimanapun, justru pada saat manusia mulai merasa bahwa ia memahami alam semesta, pengamatan baru yang tak terduga muncul dan menumbangkan teori yang telah dibangunnya dengan teliti. Sementara itu, kita masih dapat menatap ke konstelasi-konstelasi dengan perasaan takjub dan senang akan keindahannya!

[Catatan Kaki]

[Kotak di hlm. 16, 17]

Bagaimana Terjadinya Lubang Hitam?

MENURUT pemahaman ilmiah pada saat ini, bintang-bintang bersinar karena adanya gaya gravitasi dan gaya nuklir yang saling mempengaruhi tanpa henti. Tanpa gravitasi yang mengimpit gas di dalam bintang, tidak akan terjadi fusi nuklir. Di pihak lain, tanpa fusi nuklir yang melawan tarikan gravitasi, akan terjadi hal-hal yang sangat aneh pada bintang-bintang.

Para ilmuwan percaya bahwa sewaktu bintang seukuran matahari kita kehabisan bahan bakar nuklir mereka berupa hidrogen dan helium, gravitasi mengimpitnya menjadi abu panas seukuran bumi, yang disebut bintang kerdil putih. Sebuah bintang kerdil putih bisa saja mengandung massa sebesar matahari tetapi dijejalkan dalam ruang yang jutaan kali lipat lebih kecil.

Anda dapat membayangkan materi biasa sebagai ruang yang kosong sebagian besarnya, dengan hampir seluruh massa dari setiap atom terletak dalam sebuah inti yang sangat kecil yang dikelilingi oleh awan elektron yang jauh lebih besar. Tetapi, di dalam sebuah bintang kerdil putih, gravitasi mengimpit awan elektron tersebut menjadi sepersekian bagian yang sangat kecil dibandingkan dengan volume sebelumnya, menciutkan bintang tersebut hingga ukuran planet. Untuk bintang-bintang seukuran matahari kita, pada keadaan ini terdapat keseimbangan antara gravitasi dan kekuatan yang dimiliki elektron, yang mencegah pemampatan lebih lanjut.

Tetapi, bagaimana dengan bintang-bintang yang lebih berat daripada matahari, dengan gravitasi yang lebih kuat? Untuk bintang-bintang yang massanya 1,4 kali matahari, gaya gravitasinya sedemikian besar sehingga awan elektron tersebut diimpit hingga lenyap. Proton dan elektronnya kemudian bergabung menjadi neutron. Neutron tersebut mencegah pengimpitan lebih lanjut, seandainya gravitasinya tidak terlalu kuat. Hasilnya adalah bintang neutron seukuran asteroid kecil, bukan bintang kerdil putih seukuran planet. Bintang neutron terdiri dari materi terpadat yang diketahui di alam semesta.

Namun, bagaimana jika gravitasinya diperkuat lagi? Para ilmuwan percaya bahwa pada bintang-bintang yang massanya tiga kali matahari, gravitasinya terlalu kuat untuk ditahan oleh neutron. Tidak ada bentuk materi yang diketahui para fisikawan dapat melawan kekuatan kumulatif dari semua gravitasi ini. Tampaknya bola neutron seukuran asteroid itu bukan saja diimpit menjadi bola yang lebih kecil melainkan menjadi tidak ada, mencapai titik yang disebut ketunggalan (singularity), atau menjadi suatu wujud teoretis yang tak terlukiskan. Bintang tersebut tampak lenyap, hanya meninggalkan gravitasi dan lubang hitam di tempatnya. Lubang hitam tersebut akan membentuk bayangan gravitasi di tempat bintang itu sebelumnya. Itu adalah kawasan dengan gravitasi yang sedemikian kuatnya sehingga tidak ada sesuatu​—cahaya sekalipun​—yang dapat lolos.

[Gambar di hlm. 16]

Konstelasi bintang Cygnus berisi, antara lain, Nebula Amerika Utara (1) dan Nebula Vell (2). Cygnus X-1 (3) terletak di sebelah bawah leher angsa

Cygnus (sang Angsa)

[Keterangan]

Tony dan Daphne Hallas/Astro Photo

Tony dan Daphne Hallas/Astro Photo

[Gambar di hlm. 17]

Cygnus X-1 Menurut Teori

Lubang-lubang hitam terdeteksi melalui pengaruhnya terhadap benda-benda lain. Ilustrasi ini memperlihatkan gas-gas dari sebuah bintang sedang ditarik ke dalam sebuah lubang hitam

Konsep artis tentang sebuah lubang hitam (dalam kotak merah), dan perbesarannya (bawah)

[Keterangan Gambar di hlm. 14]

Einstein: U.S. National Archives photo