Oleh Amien Nugroho
SAMPAI saat ini, lubang hitam (black hole) masih dipandang satu-satunya objek astronomik paling misterius karena tak bisa diamati secara langsung melalui teleskop optik tercanggih sekalipun. Sebab, semua materi, termasuk cahaya, akan tersedot dan tak bisa lepas dari permukaannya.
Lubang hitam diyakini terlahir ketika bintang bermassa besar (10-15 kali massa matahari) menjalani akhir hayat sebagai bintang meledak yang dahsyat (supernova). Lubang hitam hasil kematian sebuah bintang dinamakan lubang hitam bintang (stellar black hole). Pengamatan para astronom dengan teleskop modern dewasa ini mengindikasikan keberadaan lubang hitam maharaksasa bermassa jauh lebih besar dari sebuah bintang. Lubang hitam itu diperkirakan bermassa miliaran massa bintang dan disebut lubang hitam supermasif.
Eksistensi lubang hitam di alam semesta diprediksi matematikawan Jerman, Karl Schwarzshild, tahun 1916. Dia menggunakan Teori Relativitas Umum yang dicetuskan Albert Einstein tahun 1915 untuk menghitung solusi medan gravitasi berupa titik massa. Namun Schwar-zshild tak begitu yakin solusinya itu punya makna fisis atau bisa ditemukan di alam.
Teka-teki solusi Schwarzschild terkuak setelah ditemukan objek pemancar sinar X kuat dari kedalaman antariksa tahun 1960-an. Menurut teori evolusi bintang, sumber radiasi sinar X itu membuktikan keberadaan objek sangat mampat seperti bintang neutron atau lubang hitam.
Istilah lubang hitam kali pertama diperkenalkan John A Wheeler tahun 1967 untuk melukiskan kondisi kelengkungan ruang-waktu di sekitar benda bermassa dengan medan gravitasi sangat kuat. Menurut Teori Relativitas Umum, kehadiran massa akan mendistorsi ruang dan waktu.
Lubang hitam diyakini terlahir ketika bintang bermassa besar (10-15 kali massa matahari) menjalani akhir hayat sebagai bintang meledak yang dahsyat (supernova). Lubang hitam hasil kematian sebuah bintang dinamakan lubang hitam bintang (stellar black hole). Pengamatan para astronom dengan teleskop modern dewasa ini mengindikasikan keberadaan lubang hitam maharaksasa bermassa jauh lebih besar dari sebuah bintang. Lubang hitam itu diperkirakan bermassa miliaran massa bintang dan disebut lubang hitam supermasif.
Eksistensi lubang hitam di alam semesta diprediksi matematikawan Jerman, Karl Schwarzshild, tahun 1916. Dia menggunakan Teori Relativitas Umum yang dicetuskan Albert Einstein tahun 1915 untuk menghitung solusi medan gravitasi berupa titik massa. Namun Schwar-zshild tak begitu yakin solusinya itu punya makna fisis atau bisa ditemukan di alam.
Teka-teki solusi Schwarzschild terkuak setelah ditemukan objek pemancar sinar X kuat dari kedalaman antariksa tahun 1960-an. Menurut teori evolusi bintang, sumber radiasi sinar X itu membuktikan keberadaan objek sangat mampat seperti bintang neutron atau lubang hitam.
Istilah lubang hitam kali pertama diperkenalkan John A Wheeler tahun 1967 untuk melukiskan kondisi kelengkungan ruang-waktu di sekitar benda bermassa dengan medan gravitasi sangat kuat. Menurut Teori Relativitas Umum, kehadiran massa akan mendistorsi ruang dan waktu.
Dalam bahasa sederhana, kehadiran massa akan melengkungkan ruang dan waktu di sekitarnya.
Ilustrasi yang acap dipakai memperagakan kelengkungan ruang di sekitar benda bermassa adalah dengan lembaran karet elastis untuk mendeskripsikan ruang tiga dimensi ke ruang dua dimensi. Bila kita menggelindingkan bola pingpong di atas hamparan lembaran karet itu, bola bergerak lurus dengan hanya memberi sedikit tekanan pada lembaran karet.
Sebaliknya, bila kita letakkan bola biliar bermassa lebih besar (masif), lembaran karet melengkung dengan cekungan di pusat yang ditempati bola biliar itu. Makin masif bola kian besar tekanan yang diberikan dan kian dalam pula cekungan pusat yang dihasilkan pada lembaran karet.
Gerak bumi dan planet-planet lain dalam tata surya mengorbit matahari sebagai hasil kerja gaya gravitasi, sebagaimana dibuktikan Isaac Newton tahun 1687 dalam Principia Mathematica. Melalui persamaan matematika yang menjelaskan hubungan antara kelengkungan ruang dan distribusi massa, Einstein ingin memberi gambaran tentang gravitasi yang berbeda dari pendahulunya itu.
Bila sekarang kita menggelindingkan bola yang lebih ringan di sekitar bola yang masif pada lembaran karet, bola yang ringan tak lagi mengikuti lintasan lurus sebagaimana seharusnya, tetapi mengikuti kelengkungan ruang yang terbentuk di sekitar bola yang lebih masif. Cekungan yang dibentuk berhasil “menangkap” benda bergerak lain sehingga mengorbit benda pusat yang lebih masif. Itulah deskripsi yang sama sekali baru tentang penjelasan gerak mengorbit planet-planet di sekitar matahari dalam relativitas umum.
Dalam kasus lain, bila benda bergerak menuju ke pusat cekungan, benda itu akan tertarik ke arah benda pusat. Itu juga memberi penjelasan tentang fenomena jatuhnya meteoroid ke matahari, bumi, atau planet-planet lain.
Jari-jari Schwarzschild
Dengan memakai persamaan matematisnya untuk sembarang benda berbentuk bola sebagai solusi eksak atas persamaan medan Einstein, Schwarzschild menemukan suatu kondisi kritis yang hanya bergantung pada massa benda itu. Bila jari-jari benda (bintang misalnya) mencapai harga tertentu, kelengkungan ruang-waktu jadi sedemikian besar sehingga tak ada satu materi pun dapat lepas dari permukaan objek itu, termasuk cahaya. Jari-jari kritis itu sekarang dikenal sebagai jari-jari Schwarzschild, yang besarnya dapat dihitung dengan rumus 2GM/r kuadrat. G adalah tetapan gravitasi 6.673 X 10-11 -Newton m2/detik kuadrat, C kecepatan cahaya 299.792.4580 m/detik, dan M massa benda. Bintang masif yang mengalami keruntuhan gravitasi sempurna seperti itu, untuk kali pertama disebut lubang hitam.
Untuk menjadi lubang hitam, menurut persamaan Schwarzschild, matahari kita yang berjari-jari sekitar 696.000 km harus dimampatkan hingga berjari-jari 2,5 km. Namun matahari kita tak akan menjadi lubang hitam di kelak kemudian hari. Sebab, massa matahari tak melebihi batas penghamburan materi, yakni 1,44 kali massa matahari kita. Jadi matahari kita tak memenuhi syarat menjadi lubang hitam. Yang paling mungkin, pada suatu saat kelak, matahari kita menjadi bintang katai atau kerdil putih.
Meski persamaan Schwarzschild mampu menjelaskan keberadaan lubang hitam, banyak ilmuwan kala itu, termasuk Einstein, memandang sebelah mata hasil Schwarzschild. Mereka menganggap persamaan Schwarzschild sebagai enigma matematis belaka, tanpa kehadiran makna fisis. Namun belakangan terbukti, keadaan ekstrem yang ditunjukkan persamaan Schwarzschild sekaligus model yang diajukan dua fisikawan AS, Robert Oppenheimer dan Hartland Snyder, tahun 1939 yang berangkat dari perhitungan Schwarzschild, berhasil ditunjukkan dalam simulasi komputer.
- Amien Nugroho, pengamat teknologi dan astronomi, tinggal di Yogyakarta
