Penjelasan Lubang Hitam: Bagaimana Mereka Terbentuk, Seperti Apa Penampilan Mereka, dan Bukti Keberadaan Mereka

Lubang hitam adalah wilayah ruang angkasa di mana gravitasi cukup kuat sehingga melampaui perbatasan tertentu, bahkan cahaya pun tidak dapat lolos. Perbatasan itu disebut cakrawala peristiwa, dan NASA menggambarkannya sebagai titik di mana kecepatan yang diperlukan untuk melarikan diri melebihi kecepatan cahaya.

Bagaimana lubang hitam terbentuk

Rute paling umum adalah kematian bintang yang sangat besar. Menurut NASA, bintang dengan lebih dari 20 massa matahari yang menghabiskan bahan bakar nuklir di intinya runtuh di bawah beratnya sendiri. Setelah inti yang runtuh melebihi sekitar tiga massa matahari, tidak ada gaya yang diketahui yang dapat menghentikan runtuhan, dan lubang hitam terbentuk.

Lubang hitam supermassif, yang duduk di pusat galaksi besar dan memiliki berat antara 100.000 dan miliaran massa matahari, lebih sulit dijelaskan melalui keruntuhan bintang saja. NASA menyatakan bahwa asal lubang hitam supermassif kurang dipahami, meskipun diketahui bahwa mereka telah ada sejak hari-hari awal kehidupan galaksi.

Lubang hitam juga tumbuh setelah terbentuk, dengan menarik gas dan debu sekitarnya melalui proses yang disebut akresi, dan dengan berpadu dengan lubang hitam lainnya.

Struktur lubang hitam

Deskripsi NASA tentang anatomi lubang hitam mencantumkan beberapa bagian yang berbeda. Singularitas adalah titik teoretis di pusat di mana, menurut relativitas umum, materi dihancurkan dengan kepadatan tak terbatas. Di sekitarnya adalah cakrawala peristiwa, titik tanpa kembali.

Lebih jauh, gas dan debu yang jatuh membentuk cakram akresi, struktur yang berputar yang dipanaskan saat berputar ke dalam, menjadikannya salah satu cara utama astronom mendeteksi lubang hitam. Dekat lubang hitam, cahaya dapat mengorbit beberapa kali sebelum meloloskan diri, menghasilkan cincin yang tipis dan terdistorsi yang dikenal sebagai bola foton. Beberapa lubang hitam juga menghasilkan korona bersuhu satu miliar derajat di atas cakram, dan pasangan jet yang mengeluarkan materi keluar pada kecepatan mendekati cahaya, dengan jet dari lubang hitam supermassif memanjang ratusan ribu tahun cahaya, menurut NASA.

Jenis-jenis lubang hitam

Para astronom mengelompokkan lubang hitam berdasarkan massa. Lubang hitam bermassa bintang berkisar dari sekitar tiga hingga beberapa lusin massa matahari dan tersebar di seluruh galaksi seperti Milky Way. Lubang hitam supermassif menggambar pusat galaksi besar dan memiliki berat dari 100.000 hingga miliaran massa matahari; lubang di jantung galaksi Messier 87 memiliki berat lebih dari 6 miliar massa matahari, menurut NASA. Lubang hitam bermassa menengah, dalam kisaran 100 hingga lebih dari 10.000 massa matahari, memiliki sedikit contoh yang dikonfirmasi; NASA menyebut peristiwa penggabungan 2019 GW190521, yang menghasilkan lubang hitam 142 massa matahari, contoh paling meyakinkan dari kategori ini sejauh ini.

Bagaimana ilmuwan membuktikan lubang hitam nyata

Citra langsung lubang hitam tidak mungkin dalam pengertian normal, karena tidak ada cahaya yang keluar dari dalam cakrawala peristiwa. Sebaliknya, para peneliti mencari efek tidak langsung, dan dua hasil bersejarah dalam dekade terakhir mengubah lubang hitam dari prediksi teoretis menjadi kenyataan yang diamati.

Yang pertama datang pada 14 September 2015, ketika detektor Advanced LIGO kembar di Amerika Serikat menangkap sinyal gelombang gravitasi, yang kemudian dinamai GW150914, menurut laporan penemuan Physics World. Sinyal berasal dari dua lubang hitam, dengan massa 36 dan 29 kali Matahari, bergabung menjadi lubang hitam yang berputar tunggal 62 massa matahari sekitar 1,3 miliar tahun cahaya jauhnya. Perbedaannya, setara dengan 3 massa matahari, telah dipancarkan sebagai gelombang gravitasi. Deteksi diukur pada signifikansi statistik di atas 5,1 sigma dan dikonfirmasi, antara lain, bahwa gelombang gravitasi berjalan pada kecepatan cahaya, seperti diprediksi oleh relativitas umum Einstein.

Titik bersejarah kedua datang pada 10 April 2019, ketika kolaborasi Event Horizon Telescope merilis citra pertama dari siluet lubang hitam, seperti dilaporkan oleh MIT News. Target adalah lubang hitam supermassif di pusat M87, 55 juta tahun cahaya dari Bumi, dengan massa 6,5 miliar Matahari dan cakrawala peristiwa sekitar 40 miliar kilometer di seberang. Delapan teleskop radio berbasis darat, dari Hawaii dan Arizona hingga Meksiko, Spanyol, Chili, dan Antartika, bekerja bersama sebagai instrumen virtual tunggal untuk menangkap citra, yang menunjukkan cincin terang gas yang bersinar mengelilingi "bayangan" pusat gelap.

Lebih dari 200 peneliti dari 13 lembaga mitra berkontribusi pada hasil 2019, menurut MIT News, dan bayangan yang diamati sesuai dengan prediksi dari relativitas umum.

Efek gravitasi pada ruang sekitarnya

Dekat lubang hitam, materi yang jatuh berputar ke dalam cakram akresi, yang NASA menggambarkan sebagai "cakram panas, terang, dan berputar cepat" — salah satu cara utama astronom mendeteksi lubang hitam meskipun lubang hitam itu sendiri tidak memancarkan cahaya. Efek gravitasi yang sama ini membengkokkan jalur cahaya yang melewati dekat, yang menghasilkan cincin yang bersinar terlihat dalam citra EHT daripada lingkaran gelap sederhana.

Pertanyaan yang sering diajukan