Lubang hitam mungkin adalah objek paling misterius di alam semesta. Kecuali, tentu saja, hal-hal yang tersembunyi di suatu tempat di kedalaman, yang keberadaannya tidak kita ketahui dan tidak bisa kita ketahui, yang mana mustahil. Lubang hitam adalah massa dan kepadatan kolosal, dikompresi menjadi satu titik dengan radius kecil. Sifat fisik benda-benda ini sangat aneh sehingga membingungkan fisikawan dan astrofisikawan paling canggih. Sabine Hossfender, seorang fisikawan teoretis, mengumpulkan sepuluh fakta tentang lubang hitam yang harus diketahui semua orang.
Apa itu lubang hitam?
Sifat yang menentukan dari lubang hitam adalah cakrawala. Ini adalah batas di mana tidak ada, bahkan cahaya, dapat kembali. Jika area terpisah menjadi terpisah selamanya, kita berbicara tentang "cakrawala peristiwa". Jika hanya dipisahkan sementara, kita berbicara tentang "cakrawala yang terlihat." Tetapi "sementara" ini juga bisa berarti bahwa wilayah tersebut akan terpisah lebih lama dari usia alam semesta saat ini. Jika cakrawala lubang hitam bersifat sementara tetapi berumur panjang, perbedaan antara yang pertama dan yang kedua tidak jelas.
Seberapa besar lubang hitam?
Anda dapat membayangkan cakrawala lubang hitam sebagai sebuah bola, dan diameternya akan berbanding lurus dengan massa lubang hitam. Oleh karena itu, semakin banyak massa yang jatuh ke dalam lubang hitam, semakin besar lubang hitam tersebut. Namun, dibandingkan dengan objek bintang, lubang hitam berukuran sangat kecil, karena massa dikompresi menjadi volume yang sangat kecil di bawah pengaruh tekanan gravitasi yang tak tertahankan. Jari-jari lubang hitam bermassa planet Bumi misalnya, hanya beberapa milimeter saja. Ini 10.000.000.000 kali lebih kecil dari radius Bumi saat ini.
Video promosi:
Jari-jari lubang hitam disebut jari-jari Schwarzschild setelah Karl Schwarzschild, yang pertama kali menyimpulkan lubang hitam sebagai solusi untuk teori relativitas umum Einstein.
Apa yang terjadi di cakrawala?
Saat Anda melintasi cakrawala, tidak ada hal istimewa yang terjadi di sekitar Anda. Semua karena prinsip kesetaraan Einstein, yang darinya Anda tidak dapat menemukan perbedaan antara percepatan di ruang datar dan medan gravitasi yang menciptakan kelengkungan ruang. Namun, seorang pengamat yang menjauh dari lubang hitam yang sedang mengamati orang lain jatuh ke dalamnya akan melihat bahwa orang tersebut akan bergerak semakin lambat, mendekati cakrawala. Seolah-olah waktu bergerak lebih lambat di dekat cakrawala peristiwa daripada menjauh dari cakrawala. Namun, beberapa waktu akan berlalu, dan pengamat yang jatuh ke dalam lubang akan melintasi cakrawala peristiwa dan menemukan dirinya di dalam radius Schwarzschild.
Apa yang Anda alami di cakrawala bergantung pada gaya pasang surut medan gravitasi. Gaya pasang surut di cakrawala berbanding terbalik dengan kuadrat massa lubang hitam. Artinya, semakin besar dan masif lubang hitam, semakin kecil gaya. Dan jika hanya lubang hitam yang cukup besar, Anda dapat melintasi cakrawala bahkan sebelum Anda menyadari bahwa sesuatu sedang terjadi. Pengaruh gaya pasang surut ini akan merenggangkan Anda: istilah teknis yang digunakan fisikawan untuk ini adalah spagetifikasi.
Pada hari-hari awal relativitas umum, diyakini bahwa ada singularitas di cakrawala, tetapi ternyata tidak demikian.
Apa isi lubang hitam?
Tidak ada yang tahu pasti, tapi yang pasti bukan rak bukunya. Relativitas umum meramalkan bahwa di dalam lubang hitam terdapat singularitas, tempat di mana gaya pasang surut menjadi sangat besar, dan begitu Anda melewati cakrawala peristiwa, Anda tidak dapat pergi ke tempat lain selain ke singularitas. Oleh karena itu, lebih baik tidak menggunakan relativitas umum di tempat-tempat ini - itu sama sekali tidak berfungsi. Untuk mengetahui apa yang terjadi di dalam lubang hitam, kita membutuhkan teori gravitasi kuantum. Secara umum diterima bahwa teori ini akan menggantikan singularitas dengan sesuatu yang lain.
Bagaimana lubang hitam terbentuk?
Saat ini kita mengetahui empat cara berbeda terbentuknya lubang hitam. Pemahaman terbaik dikaitkan dengan keruntuhan bintang. Sebuah bintang yang cukup besar membentuk lubang hitam setelah fusi nuklirnya berhenti, karena segala sesuatu yang dapat disintesis telah disintesis. Ketika tekanan yang diciptakan oleh fusi berhenti, materi mulai jatuh menuju pusat gravitasinya sendiri, menjadi semakin padat. Pada akhirnya, menjadi sangat padat sehingga tidak ada yang bisa mengatasi efek gravitasi pada permukaan bintang: begitulah cara lubang hitam lahir. Lubang hitam ini disebut "lubang hitam bermassa matahari" dan merupakan yang paling umum.
Jenis lubang hitam umum berikutnya adalah "lubang hitam supermasif", yang dapat ditemukan di pusat banyak galaksi dan memiliki massa sekitar satu miliar kali lipat dari lubang hitam matahari. Belum diketahui secara pasti bagaimana mereka terbentuk. Dipercaya bahwa mereka pernah bermula sebagai lubang hitam bermassa matahari yang memakan banyak bintang lain di pusat galaksi yang padat penduduk dan tumbuh. Namun, mereka tampaknya menyerap materi lebih cepat daripada yang disarankan gagasan sederhana ini, dan bagaimana tepatnya mereka melakukannya masih merupakan masalah penelitian.
Ide yang lebih kontroversial adalah lubang hitam primordial, yang bisa saja terbentuk oleh hampir semua massa dalam fluktuasi densitas besar di awal alam semesta. Meskipun mungkin, sulit untuk menemukan model yang memproduksinya tanpa membuatnya berlebihan.
Akhirnya, ada gagasan yang sangat spekulatif bahwa lubang hitam kecil dengan massa yang dekat dengan boson Higgs dapat terbentuk di Large Hadron Collider. Ini hanya berfungsi jika alam semesta kita memiliki dimensi ekstra. Sejauh ini, belum ada konfirmasi yang mendukung teori ini.
Bagaimana kita tahu lubang hitam itu ada?
Kami memiliki banyak bukti pengamatan untuk objek kompak dengan massa besar yang tidak memancarkan cahaya. Benda-benda ini melepaskan diri dari tarikan gravitasi, misalnya, karena pergerakan bintang lain atau awan gas di sekitarnya. Mereka juga menciptakan pelensaan gravitasi. Kita tahu bahwa benda-benda ini tidak memiliki permukaan yang kokoh. Ini mengikuti dari pengamatan, karena materi yang jatuh pada suatu objek dengan permukaan seharusnya menyebabkan pelepasan lebih banyak partikel daripada materi yang jatuh melalui cakrawala.
Mengapa Hawking tahun lalu mengatakan bahwa lubang hitam tidak ada?
Maksudnya, lubang hitam tidak memiliki cakrawala peristiwa abadi, tetapi hanya cakrawala semu (lihat paragraf satu). Dalam arti sempit, hanya cakrawala peristiwa yang dianggap sebagai lubang hitam.
Bagaimana lubang hitam memancarkan radiasi?
Lubang hitam memancarkan radiasi karena efek kuantum. Penting untuk dicatat bahwa ini adalah efek kuantum materi, bukan efek gravitasi kuantum. Ruangwaktu dinamis dari lubang hitam yang runtuh mengubah definisi partikel. Seperti perjalanan waktu, yang terdistorsi di samping lubang hitam, konsep partikel terlalu bergantung pada pengamat. Secara khusus, ketika seorang pengamat yang jatuh ke dalam lubang hitam mengira bahwa ia jatuh ke dalam ruang hampa, pengamat yang jauh dari lubang hitam berpikir bahwa ini bukanlah ruang hampa, tetapi ruang yang penuh dengan partikel. Peregangan ruang-waktu itulah yang menyebabkan efek ini.
Pertama kali ditemukan oleh Stephen Hawking, radiasi yang dipancarkan oleh lubang hitam disebut radiasi Hawking. Radiasi ini memiliki suhu yang berbanding terbalik dengan massa lubang hitam: semakin kecil lubang hitam, semakin tinggi suhunya. Lubang hitam bintang dan supermasif yang kita ketahui memiliki suhu jauh di bawah suhu latar belakang gelombang mikro dan karenanya tidak teramati.
Apa yang dimaksud dengan paradoks informasi?
Paradoks kehilangan informasi disebabkan oleh radiasi Hawking. Radiasi ini murni termal, yaitu hanya memiliki suhu secara kebetulan dan memiliki sifat tertentu. Radiasi itu sendiri tidak mengandung informasi apapun tentang bagaimana lubang hitam terbentuk. Tetapi ketika lubang hitam memancarkan radiasi, ia kehilangan massa dan kontraksi. Semua ini sepenuhnya tidak tergantung pada substansi yang menjadi bagian dari lubang hitam atau dari mana ia terbentuk. Ternyata hanya mengetahui keadaan akhir penguapan, seseorang tidak dapat mengatakan dari apa lubang hitam itu terbentuk. Proses ini "tidak dapat diubah" - dan kesimpulannya adalah tidak ada proses seperti itu dalam mekanika kuantum.
Ternyata penguapan lubang hitam tidak sesuai dengan teori kuantum yang kita ketahui, dan perlu dilakukan sesuatu untuk mengatasinya. Hilangkan ketidakkonsistenan bagaimanapun juga. Kebanyakan fisikawan percaya solusinya adalah bahwa radiasi Hawking entah bagaimana harus mengandung informasi.
Apa yang disarankan Hawking untuk memecahkan paradoks informasi lubang hitam?
Idenya adalah bahwa lubang hitam harus memiliki cara untuk menyimpan informasi yang belum diterima. Informasi disimpan di cakrawala lubang hitam dan dapat menyebabkan perpindahan kecil partikel dalam radiasi Hawking. Dalam perpindahan kecil ini, mungkin ada informasi tentang materi yang terperangkap. Detail pasti dari proses ini saat ini tidak jelas. Ilmuwan sedang menunggu makalah teknis yang lebih rinci dari Stephen Hawking, Malcolm Perry dan Andrew Strominger. Kabarnya itu akan muncul pada akhir September.
Saat ini, kami yakin bahwa lubang hitam itu ada, kami tahu di mana mereka berada, bagaimana mereka terbentuk, dan akan menjadi apa nantinya. Tetapi detail ke mana informasi itu sampai ke mereka masih merupakan salah satu misteri terbesar alam semesta.
Ilya Khel
