Lubang Hitam (Black Hole)

Di abad ke-20, banyak sekali penemuan baru tentang peristiwa-peristiwa di alam semesta. Salah satunya adalah Black Hole (Lubang Hitam). Lubang Hitam (Black Hole) adalah sebuah pemusatan massa yang cukup besar, sehingga menghasilkan gaya gravitasi yang sangat besar. Gaya gravitasi yang sangat besar ini mencegah apa pun lolos darinya kecuali melalui perilaku terowongan kuantum.

Medan gravitasi ini begitu kuatnya, sehingga kecepatan lepas di dekatnya mendekati kecepatan cahaya. Tak ada sesuatu apapun, termasuk radiasi elektromagnetik yang dapat lolos dari gravitasinya, bahkan cahaya sekalipun hanya dapat masuk tetapi tidak dapat keluar atau melewatinya. Cahaya, tidak dapat meloloskan diri dari lubang hitam, karena lubang ini merupakan massa berkerapatan tinggi, dan berada di dalam sebuah ruang yang kecil. Gravitasi yang sedemikian besarnya menyebabkan Lubang Hitam mampu menangkap partikel-partikel tercepat, seperti foton [partikel cahaya].

Dari sinilah timbul istilah Lubang Hitam (Black Hole). Istilah ini menunjuk kepada suatu wilayah di alam raya, dimana segala sesuatu yang masuk ke dalamnya, atau jatuh di wilayah horizon peristiwa (daerah di sekitar inti lubang hitam), tidak dapat kembali. Secara teoritis, Lubang Hitam berukuran mulai dari yang mikroskopis sampai seukuran alam raya, yang dapat diamati.

Landasan Teori

Istilah "lubang hitam" pertama kali dicetuskan oleh fisikawan Amerika, John Archibald Wheeler, tahun 1969.  Tetapi teori adanya lubang hitam pertama kali diajukan pada abad ke-18 oleh John Michell dan Pierre-Simon Laplace. Teori ini selanjutnya dikembangkan lebih lanjut oleh astronom Jerman bernama Karl Schwarzschild, pada tahun 1916, dengan berdasar pada teori relativitas umum dari Albert Einstein, dan semakin populer dengan adanya buah pikiran dari sang jenius Stephen William Hawking. 

Pada saat ini banyak astronom yang percaya bahwa hampir semua galaksi di alam semesta ini mengelilingi lubang hitam pada pusat galaksi. Awalnya, para astronom beranggapan bahwa semua bintang dapat terlihat. Akan tetapi, belakangan diketahui bahwa ada bintang-bintang di ruang angkasa yang cahayanya tidak dapat terlihat. Sebab, cahaya bintang-bintang yang runtuh ini, menjadi lenyap. 

Selain itu, bintang-bintang bermassa besar, juga dapat menyebabkan terbentuknya lekukan-lekukan yang dapat ditemukan di ruang angkasa. Namun, lubang hitam tidak hanya menimbulkan lekukan-lekukan di ruang angkasa, tetapi juga membuat lubang di dalamnya. Itulah mengapa bintang-bintang yang runtuh ini dikenal sebagai lubang hitam (Black Hole).

Bagaimana Lubang Hitam Terbentuk ?

Para ilmuwan percaya bahwa lubang hitam dapat  tercipta melalui beberapa cara. Lubang Hitam terbentuk ketika sebuah bintang yang besar dan padat (massif, berukuran  8  – 100 kali massa matahari) di sebuah supernova memasuki tahap akhir, dimana nyala apinya menjadi meredup dan padam oleh karena seluruh tenaga nuklirnya, bahan bakarnya, telah habis. Akhirnya berubah menjadi sebuah lubang hitam dengan kerapatan tak terhingga, volumenya nol, serta memiliki medan magnet yang amat kuat dan jika lapisan-lapisan luar bintang itu tidak dapat bertahan terhadap kekuatan tekanan gaya gravitasinya sendiri, maka gaya gravitasi tersebut justru menelan obyek itu sendiri, ikut meluruh ke arah inti, sehingga bintang ini kemudian mengalami keruntuhan dan hancur ke dalam dirinya sendiri. Terbentuklah Lubang Hitam yang akan menarik apapun yang berada di dekatnya.

 

“Permukaan" dari sebuah lubang hitam disebut dengan sebuah event horizon. Hancurnya gaya gravitasi menjadikan hampir seluruh cahaya tidak dapat melepaskan diri dan tidak ada satu pun informasi dari permukaan itu yang berhasil lolos.

 

Sama halnya dengan figur kartun Cheshire Cat, yang muncul lalu menghilang dalam gelap dengan hanya meninggalkan senyumnya, sebuah lubang hitam mewakili bahan-bahan yang hanya meninggalkan gravitasinya saja. Sebagian kalangan berpikir banyak lubang hitam kecil terbentuk di awal mula pembentukan jagat raya, Big Bang. Ada kemungkinan galaksi kita juga memiliki berlimpah lubang hitam mini. Pada prinsipnya, lubang hitam memiliki massa yang berbeda-beda.

Lubang hitam yang terbentuk melalui kematian bintang-bintang sedikitnya memiliki massa dua kali daripada massa matahari kita. Tetapi kerapatannya bisa semiliar kali lebih padat daripada matahari kita. Tidak seperti benda-benda pada umumnya, seperti bebatuan, yang secara kasar memiliki ukuran proporsional dengan akar persegi massa, lubang- lubang hitam memiliki proporsi radial terhadap massanya.

Secara virtual, bintang biasanya mati dan menghilang dari jagat raya ke bentuk sebuah titik dengan kerapatan yang tidak terbatas (event horizon), dimana hukum-hukum relativitas umum yang biasanya berlaku untuk ruang dan waktu luluh. Hukum-hukum fisika kuantum menyatakan, informasi-informasi itu tidak mungkin hilang sepenuhnya.

Namun, Hawking dan teman-temannya berpendapat medan gravitasi ekstrim dari lubang hitam dapat menjadi pengecualian dari hukum- hukum itu. Radius sebuah lubang hitam (Rs) = 2 (M G)/v2. Dimana 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.

Lubang hitam juga dapat tercipta, ketika sebuah bintang yang berukuran sekitar 20 kali massa dari Matahari, yang akan menjadi supernova, meledak menjadi beberapa benda yang padat yang menghisap benda-benda di sekitarnya kedalam inti lubang hitam itu.

Bagaimana Mengetahui Keberadaan Lubang Hitam?

Lubang Hitam ini tidak dapat terlihat dengan pengamatan langsung. Ketidak-mampuan untuk melihat lubang hitam dengan teropong terkuat sekalipun, disebabkan adanya tarikan gravitasi lubang hitam tersebut yang sedemikian kuatnya, sehingga cahaya pun tidak mampu melepaskan diri darinya.

Namun demikian, keberadaan lubang hitam ini, diketahui secara tidak langsung, melalui daya hisap raksasa dari gaya gravitasinya terhadap benda-benda langit disekitarnya. 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.

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-lah yang menang.  

Karena lubang hitam memiliki gaya gravitasi yang sangat kuat, sehingga dapat menarik benda apapun mendekat, lubang hitam mendapatkan sebutan yang mengerikan seperti "kuburan luar angkasa." Banyak benda-benda angkasa seperti asteroids tertarik mendekati lubang hitam akibat grvitasi yang sangat kuat. Setelah itu, bahan ini menumpuk dalam waktu yang lama dan menjadi seperti kuburan luar angkasa di sekitar lubang hitam.

Pertumbuhannya

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 terhisap. Berlainan dengan reputasi yang disandangnya saat ini, yang menyatakan bahwa lubang hitam dapat menghisap apa saja disekitarnya, ternyata lubang hitam tidak dapat menghisap material yang jaraknya sangat jauh dari dirinya. Lubang hitam hanya bisa menarik materi yang lewat sangat dekat dengannya. 

Contoh : Seandainya matahari kita menjadi lubang hitam dengan massa yang sama, maka kegelapan akan menyelimuti bumi dikarenakan tidak ada pancaran cahaya dari lubang hitam, tetapi bumi akan tetap mengelilingi lubang hitam itu dengan jarak dan kecepatan yang sama dengan saat ini dan tidak terhisap masuk kedalamnya.

Bahaya akan mengancam, hanya jika bumi kita berjarak 10 mil dari lubang hitam, dimana hal ini masih jauh dari kenyataan bahwa bumi berjarak 93 juta mil dari matahari. Lubang hitam juga dapat bertambah massanya dengan cara bertubrukan dengan lubang hitam yang lain, sehingga menjadi satu lubang hitam yang lebih besar.

Pada abad ke-20, muncul sebuah hipotesis tentang lubang hitam ini: "Sebuah lubang hitam kemungkinan besar membentuk sebuah terowongan yang dapat terhubung ke lubang hitam yang lain, yang kemungkinan dapat berfungsi sebagai mesin waktu untuk bepergian ke lain waktu."

Beberapa teori juga menyebut bahwa lubang hitam bisa melemah dan akhirnya masuk ke fase tidur seperti lubang hitam di galaksi kita.

Revisi Teori Lubang Hitam

Setelah hampir selama 30 tahun berkeyakinan bahwa lubang hitam (black hole) menelan dan menghancurkan segala sesuatu yang terperangkap di dalamnya, ternyata fisikawan antariksa Stephen Hawking telah berubah pikiran. Penulis buku Brief History of Time itu (yang menjelaskan aspek-aspek paling kompleks mengenai jagad raya), mengaku telah salah meletakkan argumen kunci tentang perilaku lubang hitam itu.

.

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 permasalahan ini selama 30 tahun terakhir, dan saya kira kini saya telah memiliki  jawabannya," kata matematikawan cacat dari Universitas Cambridge itu.

"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 masa yang akan datang". 

Sampai menjelang Konferensi Internasional ke-17 tentang Gravitasi dan Relativitas Umum di Dublin, Irlandia, Profesor Hawking belum mau mengungkap perhitungan detil matematika di balik pemikiran terbarunya itu. Tetapi beberapa poin telah dibocorkannya dalam sebuah seminar di Universitas Cambridge. Temuan-temuan revisi itu rencananya baru akan dibeberkan Hawking dalam Konferensi tersebut, 21 Juli mendatang. 

Curt Cutler, dari Albert Einstein Institute di Golm, Jerman, yang akan memimpin konferensi di Dublin, membenarkan bahwa Hawking telah meminta waktu khusus kepada dirinya menjelang akhir persiapan konferensi, "Dia mengirimkan catatan yang mengatakan, 'Saya telah memecahkan paradoks informasi lubang hitam dan saya ingin mendiskusikannya'", ungkap Cutler.

Apa yang tepatnya terjadi di dalam sebuah lubang hitam-sebuah zona di ruang angkasa tempat bahan-bahan terpadatkan, hingga ke sebuah ukuran event horizon, yang bahkan cahaya pun tidak dapat meloloskan diri dari gaya tarik gravitasinya- belum dapat dijawab oleh para ilmuwan. Hawking, 62 tahun, telah menghabiskan sebagian besar masa hidupnya untuk mempelajari pertanyaan-pertanyaan seputar itu semua.

Pada awalnya, para ahli kosmologi meyakini lubang-lubang perangkap galaktik itu mirip dengan sebuah vacuum cleaner kosmik yang menghisap segala kotoran ke dalamnya.

Pada 1976, Hawking melakukan studi revolusioner. Dia mendemonstrasikan bahwa di dalam ketentuan- ketentuan yang unik dari fisika kuantum, begitu lubang-lubang hitam itu membentuk diri, akan dimulai suatu proses "penguapan", meradiasikan energi dan kehilangan massa.

Berdasarkan teorinya, lubang-lubang hitam itu sebenarnya tidak sepenuhnya "hitam", karena kondisi vakum dari bintang yang meluruh hanya membebaskan sangat sedikit bahan dan energi dalam bentuk foton-foton, neutrino-neutrino, dan sub-partikel lainnya. Dengan menyimpulkan semua itu ke dalam apa yang dinamakannya "radiasi Hawking", matematikawan yang menggantungkan hidupnya di atas kursi roda itu, juga sekaligus menciptakan teka-teki terbesar dalam dunia fisika.

Partikel-partikel ini, kata dia, tidak mengandung informasi tentang apa yang telah terjadi di dalam lubang hitam, atau tentang bagaimana lubang itu terbentuk. Begitu lubang hitam menguap, seluruh informasi di dalamnya akan hilang.

Tetapi kini, berdasarkan revisinya yang terbaru, Hawking berpendapat, sebenarnya beberapa informasi tentang “hitam”, dapat ditentukan lewat apa yang diemisikan dari lubang itu. Informasi ini mengandung konsekuensi-konsekuensi filosofis dan praktikal penting. "Kita tidak akan pernah dapat meyakini secara pasti tentang masa lalu atau memprediksi masa depan", kata dia. "Banyak orang ingin meyakini bahwa informasi melepaskan diri dari lubang-lubang hitam, tetapi mereka sendiri tidak tahu bagaimana caranya informasi itu dapat keluar".

Jika memang Hawking sukses dengan teori barunya itu, dia akan kalah taruhan yang dibuatnya bersama fisikawan teori asal California Institute of Technology, Kip Thorne, melawan John Preskill, ilmuwan yang juga asal Caltech. Taruhan berbunyi: informasi yang ditelan oleh sebuah lubang hitam akan selamanya tersembunyi dan tidak akan pernah terungkap. Preskill bertaruh menentang teori itu dan dengan demikian berhak atas hadiah sebuah ensiklopedia dari lawan-lawannya.

Meski begitu, di luar kalah-menang pertaruhan, revisi yang akan dilakukan oleh Hawking membuktikan bentangan jagat raya masih menjadi misteri besar yang sangat gelap bagi manusia di bumi.

Paradoks Lubang Hitam

Pada  Konferensi Internasional ke 17, Mengenai Gravitasi dan Relativitas Umum di Dublin, Irlandia itu,  Rabu (21/7), Stephen Hawking, Ilmuwan astrofisika tersohor, menyatakan pemikirannya yang baru, bahwa black hole atau lubang hitam tidak menghancurkan segala yang dihisapnya, namun mengeluarkan kembali materi dan energi dalam bentuk yang telah tercerai-berai.

Adapun yang diungkapkan sang ilmuwan adalah hasil buah pemikirannya selama 30 tahun untuk menjelaskan paradoks mendasar dalam dunia sains: Bagaimana mungkin black hole bisa memusnahkan semua jejak materi dan energi yang dihisapnya -- seperti yang diyakini Hawking sebelumnya-- sementara teori subatomic atau fisika quantum mengatakan unsur-unsur itu tidak bisa hilang begitu saja?

Menurut Hawking dalam revisinya yang berjudul "The Information Paradox for black holes", lubang hitam menyimpan apa yang dihisapnya selama waktu yang amat panjang, dan bersamanya menjadi rusak dan mati. Ketika black hole akhirnya luruh, ia memancarkan apa yang dulu pernah dihisapnya kembali ke jagad raya, namun dalam rupa yang telah tercerai-berai.

Sebelumnya, Hawking dalam teorinya menyatakan bahwa materi yang terhisap black hole akan mengalir menuju jagad raya baru, suatu gagasan yang banyak diadopsi dalam cerita-cerita fiksi ilmiah.

"Tidak ada cabang jagad raya baru seperti yang saya pikirkan sebelumnya. Materi, energi, maupun informasi yang dihisap black hole akan tetap berada di jagad kita," kata Hawking. "Saya menyesal telah mengecewakan penggemar fiksi ilmiah, namun menurut saya informasi (yang dihisap black hole) masih tersimpan, sehingga tidak mungkin menggunakan black hole sebagai jalan menuju jagad lain," lanjutnya. "Bila Anda melompat ke black hole, massa dan energi Anda akan kembali ke jagad raya, namun dalam bentuk yang terurai. Masih mengandung informasi mengenai seperti apa dahulu Anda itu, namun dalam bentuk yang tidak dikenali lagi."

Hawking melanjutkan, "Kini saya merasa lega telah memecahkan masalah yang menghantui saya selama hampir 30 tahun, meskipun jawabannya tidak terlalu menggembirakan dibanding teori yang saya utarakan sebelumnya."

Sebelumnya, teori Hawking, ilmuwan yang merintis pengertian mengenai black hole, menyatakan  bahwa lubang hitam di jagad raya yang menghisap segala sesuatu termasuk cahaya. Black hole terbentuk dari bintang raksasa yang tekanan gravitasinya luar biasa besar sedemikian rupa, sehingga menarik energi dan materi di dekatnya. 

Energi dan materi yang tersedot itu --menurut teori Hawking tahun 1976-- akan musnah ditelan black hole dan tidak akan pernah ditemukan lagi. Teori ini berlawanan dengan teori fisika quantum yang menyatakan bahwa materi dan energi tidak bisa benar-benar dihancurkan.

 

Nah, dengan pembaharuan teori tersebut, maka apa yang diungkapkan Hawking sekarang tidak lagi berlawanan dengan teori fisika quantum,  walau pengertian mengenai black hole itu sendiri sangatlah terbatas.

NASA melaporkan bahwa mereka telah menemukan Lubang hitam raksasa atau monster lubang hitam yang massanya 100 kali lebih besar dari massa matahari. Lubang hitam ini menelan gas, debu dan bintang termasuk planet yang ada di pusat galaksi.

Lubang hitam dari galaksi bernama NGC-1097 itu difoto menggunakan Spitzer Space Telescope di California. Pemotretan yang dilakukan NASA menunjukkan galaksi itu berbentuk spiral seperti galaksi kita Milky Way. Namun NASA menyatakan lubang hitam di galaksi bumi berbeda dengan NGC-1097 yang hanya terdiri dari jutaan matahari.