Home / Berita Terkini / Citra Astronomi Pertama Lubang Hitam

Citra Astronomi Pertama Lubang Hitam

Pertama kali saya tertarik untuk mempelajari lubang hitam adalah saat masih duduk di bangku SMA, setelah membaca buku populer tentang alam semesta karya Dr. Sandi Setiawan. Sejak saat itu, saya bercita-cita menjadi fisikawan teoretik dengan spesisalisasi teori gravitasi dan lubang hitam. Perjalanan panjang untuk bisa menjadi fisikawan teori telah saya lalui, mulai dari program sarjana dan magister di jurusan fisika Institut Teknologi Bandung, dan program Ph.D. di Saskatchewan University, Kanada. Disertasi doktoral yang diajukan untuk memenuhi syarat kelulusan program Ph.D. saya berjudul ”Holography for Rotating Black Holes’’, yang berisi beberapa telaah tentang aspek fisis lubang hitam berputar menggunakan teknik holografi. Dalam teknik holografi, permasalahan terkait gravitasi dalam ruang-waktu berdimensi D dapat didekati dengan teori tanpa gravitasi dalam ruang-waktu berdimensi D-1.

Suatu kejadian menarik pernah saya alami di awal masa studi di Kanada. Saat makan siang bersama, salah satu rekan sesama mahasiswa pasca sarjana di sana menanyakan apa topik penelitian saya. Saat dijawab bahwa saya mempelajari lubang hitam, dengan spontan dan sedikit tersenyum dia menimpali dengan pertanyaan: ”why are you studying objects that don’t exist’’. Memang, meski lubang hitam cukup populer di kalangan awam, namun saat itu belum ada citra lubang hitam hasil pengamatan astronomi yang berhasil didapatkan. Gambar dan citra lubang hitam yang ditemukan di internet atau buku teks hanyalah berupa karya seni seniman atau hasil simulasi. Juga tidak sedikit ilmuwan yang meragukan keberadaan lubang hitam, termasuk Einstein sendiri di awal-awal perkembangan teori gravitasi relativistik.

Namun semua keraguan tentang keberadaan lubang hitam kini telah terjawab. Para astronomer dan insinyur dalam kolaborasi Event Horizon Telescope (EHT) akhirnya berhasil mendapatkan sebuah citra lubang hitam di pusat galaksi Messier 87 (M87), yang termasuk golongan lubang hitam supermasif dengan massa miliaran kali massa matahari. Pengumuman ini dilakukan Rabu malam WIB, 10 April 2019, sekitar pukul 20.00. Terhitung mulai saat itu, lubang hitam yang selama ini cukup sering dipandang sebagai objek sains fiksi, sekarang menjadi fakta. Lubang hitam yang selama ini ditampilkan lewat karya seni atau hasil simulasi, sekarang telah kita lihat benar wajah aslinya, dan memang sesuai prediksi teori gravitasi Einstein.

Einstein mempublikasikan teori gravitasinya sekitar seabad lalu, tahun 1915. Tidak lama berselang setelah Einstein publikasikan karyanya tersebut, astronomer Jerman Karl Schwarzschild berhasil menemukan solusi eksaknya. Penemuan oleh Karl Schwarzschild ini sebenarnya diluar perkiraan Einstein sendiri, karena menurut sang pencetus teori, sistem persamaan diferensial parsial yang terlibat dalam teori tersebut terlalu sulit untuk ditemukan solusi eksaknya. Solusi Schwarzschild ini menggambarkan struktur ruang-waktu kosong, dan ini benar-benar mencerminkan situasi yang terjadi di luar lubang hitam.

Menurut teori gravitasi Einstein, atau sering dikenal sebagai teori relativitas umum, gravitasi adalah manifestasi kelengkungan ruang-waktu. Dalam teori gravitasi Einstein, tidak dikenal istilah gaya gravitasi. Pergerakan benda, baik bermassa atau tidak bermassa, akan mengikuti lintasan geodesiknya yang didikte oleh kelengkungan ruang-waktu yang ”ditinggali’’ benda tersebut. Maka lintasan cahaya yang melengkung di dekat benda bermassa juga dapat dipahami serupa, itulah lintasan geodesiknya. Lubang hitam merupakan objek yang melengkungkan secara ekstrim ruang-waktu disekitarnya, dan jika cahaya melintas pada jarak tertentu dari pusat kelengkungan ruang-waktu lubang hitam, lintasan klasik cahaya tersebut dipastikan menuju ke pusat kelengkungan. Dalam bahasa sederhana, sekali cahaya berada pada radius tertentu dari pusat gravitasi lubang hitam, cahaya tidak dapat lepas menjauhi lubang hitam. Permukaan dimana cahaya tidak dapat lepas ini dinamakan sebagai horison peristiwa, dan sebuah lubang hitam adalah singularitas yang dibungkus oleh horison peristiwa. Singularitas yang dimaksud di sini adalah termampatkannya sebuah massa hingga menempati volume yang sangat kecil, lebih kecil dari ukuran horison peristiwa, atau malah mungkin volumenya benar-benar nol.

Ternyata gelombang elektromagnetik termasuk cahaya saat melintas dekat lubang hitam tidak hanya terbelokkan, tapi juga dapat memiliki orbit melingkar jika berjarak pada radius tertentu dari pusat gravitasi sebuah lubang hitam. Tentu radius lintasan melingkar ini haruslah lebih besar dari radius horison peristiwa lubang hitam yang cahaya mengorbit padanya. Namun, agar cahaya dimungkinkan untuk sampai ke pengamat yang berada jauh dari lubang hitam, orbit melingkar ini harus tidak stabil. Fenomena ini dikenal sebagai cincin foton, dan dapat dijadikan sebagai penanda keberadaan lubang hitam di daerah sekitar pengamatan astronomis. Jari-jari cincin foton ini akan membesar seiring membesarnya massa lubang hitam.

Gambar berikut merupakan citra lubang hitam pertama yang didapat oleh umat manusia, sebagaimana diumumkan oleh kolaborasi EHT pada Rabu 10 April 2019 malam WIB.

Salah satu interpretasi dari gambar di atas adalah verifikasi orbit melingkar gelombang elektromagnetik di sekitar lubang hitam, tepat sebagaimana diperkirakan teori gravitasi Einstein. Lagi-lagi teori gravitasi Einstein melewati ujian eksperimental. Luar biasa! Citra di atas didapat dari penggabungan data yang diterima berbagai stasiun teleskop di permukaan bumi, yang kombinasinya dapat dipandang sebagai stasiun penerima virtual berupa lensa kurang lebih sebesar permukaan bumi. Tentu untuk dapat melihat objek di pusat galaksi M87 diperlukan daya perbesaran yang luar biasa kuat. Apa yang dilakukan kolaborasi EHT dalam meneropong lubang hitam di pusat M87 adalah seperti seseorang dapat melihat nyamuk yang terletak di Merauke dari orang yang sedang berada di Sabang.

Penemuan EHT ini adalah permulaan era baru dalam pengamatan lubang hitam dan teori gravitasi dalam pengaruh medan kuat. Seiring perkembangan teknik pengamatan luar angkasa dan pengolahan data, teori gravitasi Einstein akan diuji sampai di regime yang kemungkinan teori tersebut dapat gagal. Saat ini teori gravitasi Einstein memiliki masalah teoretis yang sangat besar. Sangat sukar untuk menggabungkan teori gravitasi Einstein dengan teori kuantum. Berbagai teori telah dicetuskan misalnya teori string. Namun tanpa verifikasi pengamatan, kebenaran teori-teori tersebut sangat sukar dibuktikan. Data-data lebih jauh terkait fenomena di sekitar lubang hitam juga diharapkan dapat memberikan petunjuk terkait arah pencarian gabungan dari teori gravitasi Einstein dan teori kuantum.

Penulis: Haryanto M. Siahaan, Ph.D., Dosen Fisika UNPAR dengan keahlian teori lubang hitam dan gravitasi.

Editor: Reinard Primulando, Ph.D., Dosen Fisika UNPAR dengan keahlian fisika partikel.