2018, Mungkin Kita Akan Melihat Lubang Hitam Secara Langsung

Lubang hitam seperti yang digambarkan dalam film Interstellar.
Interstellar/R. Hurt/Caltech

Lubang hitam adalah objek paling luar biasa di seluruh alam semesta, sebuah tempat dalam volume sangat kecil yang dapat menampung begitu banyak massa sehingga setiap partikel materi tidak dapat berada dalam kondisi normal, dan runtuh ke singularitas. Di sekeliling singularitas adalah sebuah wilayah yang disebut horizon peristiwa. Tak ada satupun yang bisa melepaskan diri darinya, meskipun bergerak secepat cahaya, kecepatan maksimum kosmos. Kita telah mengetahui ada tiga cara untuk membentuk lubang hitam dan telah menemukan ribuan bukti di antaranya, namun, kita tidak pernah mencitrakannya secara langsung. Terlepas dari semua yang telah ditemukan, kita belum pernah melihat horizon peristiwa atau bahkan benar-benar memastikan eksistensinya. 2018 adalah tahun yang sangat dinani, karena hasil observasi pertama Event Horizon Telescope akan diungkap, untuk menjawab salah satu pertanyaan klasik astrofisika.

Jajaran teleskop radio di seluruh dunia yang merangkai Event Horizon Telescope.
Universitas Arizona

Gagasan tentang lubang hitam bukanlah hal yang baru, karena para ilmuwan telah menyadari selama berabad-abad, saat massa dimampatkan ke volume tertentu maka kita harus melaju melampaui kecepatan cahaya untuk melepaskan diri dari sumur gravitasi yang tercipta. Karena kecepatan cahaya adalah batas kecepatan maksimum, maka segala sesuatu yang jatuh ke lubang hitam akan mengarah ke singularitas. Singularitas dikelilingi oleh horizon peristiwa. Jadi horizon peristiwa dianggap sebagai batas tak bisa kembali.

Ilustrasi lubang hitam aktif yang mengakresi materi dan mengakselerasi sebagian materi ke dua berkas sempit (jet) tegak lurus.
Mark A. Garlick

Secara praktis, ada tiga mekanisme yang kita ketahui menciptakan lubang hitam:

1. Setelah mengkonsumsi seluruh bahan bakar hidrogen untuk melakukan fusi nuklir, sebuah bintang yang cukup masif akan runtuh karena gaya gravitasinya sendiri, memicu ledakan supernova dan menjadi lubang hitam.
2. Penggabungan dua bintang neutron yang massanya melampaui 2,5 hingga 2,75 massa Matahari, akan menghasilkan lubang hitam.
3. Baik bintang masif maupun awan gas masif dapat runtuh tanpa ledakan supernova untuk menjadi lubang hitam.

Ilustrasi lingkaran lubang hitam sederhana dengan cincin di sekelilingnya, gambaran sederhana tentang horizon peristiwa.
Victor de Schwanberg

Seiring waktu, lubang hitam dapat terus menghisap materi, tumbuh secara sepadan, baik dalam massa maupun ukurannya. Jika massa lubang hitam meningkat, maka radiusnya turut meningkat. Berarti seiring meningkatnya massa (pertumbuhan lubang hitam), horizon peristiwanya juga akan menjadi lebih besar. Karena tidak ada yang bisa lolos darinya, horizon peristiwa akan muncul sebagai “lubang hitam” di ruang angkasa, menghalangi dan menekuk cahaya yang berasal dari semua objek di belakangnya, sesuai prediksi Relativitas Umum. Para ilmuwan berharap horizon peristiwa dapat dicitrakan menurut sudut pandang kita, 250% lebih besar daripada massa lubang hitam.

Lubang hitam tak sekadar massa yang ditumpangkan di atas latar belakang yang terisolasi, namun juga akan menunjukkan efek gravitasi yang memperbesar dan mendistorsi cahaya latar belakang yang disebut lensa gravitasi.

Ute Kraus, grup edukasi Fisika Kraus, Universität Hildesheim; Axel Mellinger (latar belakang)

Dengan mempertimbangkan semuanya ini, maka kita dapat melihat semua lubang hitam, termasuk massa dan seberapa jauh jaraknya, termasuk menentukan lubang hitam mana yang paling besar dari Bumi. Pemenangnya adalah Sagitarius A*, lubang hitam di pusat galaksi kita. Terletak 27.000 tahun cahaya dari Bumi dan mengandung massa spektakuler setara dengan empat juta kali lipat massa Matahari, Sagitarius A* adalah lubang hitam terbesar dari Bumi. Yang menarik, lubang hitam paling besar berikutnya dari Bumi adalah lubang hitam di pusat Messier 87, galaksi terbesar di Gugus Virgo. Meskipun massanya mencapai lebih dari 6 miliar kali lipat massa Matahari, namun ia terletak sekitar 50-60 juta tahun cahaya dari Bumi. Jadi jika kita ingin melihat horizon peristiwa, tempat terbaik adalah di pusat galaksi kita sendiri.

Beberapa kemungkinan sinyal profil horizon peristiwa lubang hitam yang disimulasikan oleh Event Horizon Telescope.
High-Angular-Resolution and High-Sensitivity Science Enabled by Beamformed ALMA, V. Fish et al., arXiv:1309.3519

Jika memiliki teleskop seukuran Bumi dan tidak ada yang menghalangi cahaya antara kita dengan lubang hitam, maka kita dapat melihatnya. Beberapa panjang gelombang relatif transparan terhadap interverensi debu dan molekul gas. Jika mengamatinya dalam panjang gelombang radio, kita dapat mengamati horizon peristiwa. Memang kita tidak memiliki teleskop seukuran Bumi, tapi kita memiliki sejumlah teleskop radio yang tersebar di seluruh dunia dan teknik penggabungan data untuk menghasilkan satu gambar. Event Horizon Telescope memberikan kita teknologi terbaik saat ini dan memungkinkan kita untuk melihat lubang hitam pertama kita.

Tampilan beberapa teleskop yang berkontribusi atas kemampuan pencitraan Event Horizon Telescope. Data yang diambil pada bulan April 2017, akan menghasilkan citra pertama horizon peristiwa Sagitarius A* tahun depan.
APEX, IRAM, G. Narayanan, J. McMahon, JCMT/JAC, S. Hostler, D. Harvey, ESO/C. Malin

Alih-alih teleskop tunggal, Event Horizon Telecope terdiri dari 15-20 teleskop radio yang tersebar di seluruh dunia, yang mengamati satu target secara bersamaan. Bahkan objek sekecil 15 microarcseconds (μas) dapat diamati dengan jelas, setara dengan melihat jelas seekor lalat di permukaan Bulan. Mengingat massa dan jarak Sagitarius A*, kita berharap mendapatkan tampilan sekitar dua kali lipat lebih jelas, sebesar: 37 μa. Dengan frekuensi radio, kita seharusnya bisa mengamati banyak partikel bermuatan yang diakselerasi oleh lubang hitam, tapi, seharusnya ada “kehampaan” yang menjadi lokasi horizon peristiwa itu sendiri. Jika data digabungkan dengan benar, kita seharusnya mendapatkan gambar lubang hitam untuk pertama kalinya.

Lima simulasi relativitas umum menggunakan model magnetohydrodynamic piringan akresi lubang hitam dan bagaimana sinyal radio akan menghasilkan gambar. Inilah simulasi gambar lubang hitam Sagitarius A* yang akan dihasilkan oleh Event Horizon Telescope.
L. Medeiros, arXiv:1601.06799

Jajaran teleskop yang membentuk Event Horizon Telescope membidik Sagitarius A* secara bersamaan tahun lalu. Data telah dikumpulkan dan saat ini sedang dipersiapkan untuk dianalisis. Jika semuanya berjalan sesuai rencana, kita akan memiliki citra pertama lubang hitam pada tahun 2018. Apakah lubang hitam akan terlihat sebagaimana diprediksi Relativitas Umum? Ada beberapa hal yang luar biasa untuk diuji:

• apakah lubang hitam memiliki ukuran yang tepat sebagaimana prediksi relativitas umum,
• apakah horizon peristiwa melingkar, atau malah berbentuk bulat lonjong atau bulat pepat,
• apakah emisi radio meluas lebih jauh dari yang kita duga, atau
• apakah ada penyimpangan lain dari perilaku yang diharapkan.

Orientasi piringan akresi memengaruhi bagaimana lubang hitam terlihat dari sudut pandang kita.
Kelas Gravitasi Quantum, Falcke & Markoff (2013)

Kita sedang mempersiapkan diri untuk membuat terobosan luar biasa, hanya dengan membangun citra pertama lubang hitam. Para ilmuwan tidak lagi mengandalkan simulasi atau ilustrasi setelah gambar aktual berbasis data rampung. Upaya ini akan membuka jalan bagi studi fundamental dalam kurun waktu yang lebih lama lagi. Dengan jajaran teleskop radio berbasis antariksa, kita dapat lebih memperluas jangkauan kita dari satu lubang hitam ke ratusan lubang hitam lainnya. Jika 2016 adalah tahun gelombang gravitasi dan 2017 adalah tahun penggabungan bintang neutron, maka 2018 ditetapkan sebagai tahun horizon peristiwa. Inilah era keemasan bagi para penggemar astrofisika, lubang hitam dan Relativitas Umum. Apa yang dulunya dianggap “tidak dapat diuji” tiba-tiba menjadi kenyataan.

Ditulis oleh: Ethan Siegel, kontributor www.forbes.com

Sumber: 2018 Will Be The Year Humanity Directly 'Sees' Our First Black Hole

Artikel terkait: Tahun 2018, Kita Akan Melihat Lubang Hitam untuk Pertama Kalinya

#terimakasihgoogle