Misteri Hitamnya Lubang Hitam

Bayangkan bila bumi kita mengerut menjadi sebesar kelereng. Apa yang terjadi? Pada jarak enam ribu kilometer dari kelereng itu kita masih merasakan gaya gravitasi yang sama seperti di permukaan bumi pada keadaan normal. Tapi bila kita berada pada jarak yang lebih dekat lagi, katakanlah 60 cm, suatu hal luar biasa akan kita alami.

Suatu gaya tarik yang maha dahsyat berkekuatan 100 juta juta kali gravitasi bumi akan menarik kita. Tubuh kita mengerut dan memanjang seperti sphagetti, lalu mengerut terus sampai lebih kecil dari titik di atas huruf i ini, sebelum akhirnya lenyap tersedot “kelereng” tersebut.

Untunglah, pengerutan bumi menjadi “lubang hitam” itu tidak akan terjadi. Pengerutan semacam itu hanya dapat menimpa bintang-bintang tertentu saja. Bumi kita jelas bukan berupa sebuah bintang, jadi amanlah kita!

Tapi nanti dulu! Matahari kita adalah sebuah bintang. Adakah ke-mungkinan dia mengerut menjadi sebuah lubang hitam? Untuk menjawab pertanyaan ini, marilah kita telusuri riwayat hidup para bintang di alam semesta ini.

HIDUP MATINYA SEBUAH BINTANG
Matahari kita, sebagaimana bintang-bintang lain, dapat terus bersinar karena reaksi nuklir di dalamnya. Reaksi nuklir itu berupa penggabungan inti-inti hidrogen menjadi helium, sambil melepaskan energi. Reaksi nuklir semacam itu disebut reaksi fusi.

Reaksi fusi dalam sebuah bintang tak dapat berlangsung selamanya. Sebab, bahan bakarnya (yaitu hidro-gen) juga terbatas. Apa yang terjadi jika bahan bakar reaksi fusi itu habis? Jelas, itu berarti berakhirnya riwayat sang bintang.

Tetapi sebelum riwayat sebuah bintang berakhir, ada proses yang membedakan satu bintang dengan bintang yang lain. Ambillah sebagai contoh matahari kita, misalnya.

Menjelang akhir hidupnya, matahari menggunakan bahan bakar hidrogennya dengan kecepatan yang meningkat luar biasa. Akibatnya, matahari membesar dan bertambah terang luar biasa, hingga menjadi ‘raksasa merah’. Begitu besarnya sehingga akan menekan habis Merkurius, Venus, dan Bumi. Tetapi Anda jangan terlalu kuatir. “Kiamat” itu baru akan berlangsung 5000 juta tahun lagi!

Setelah menjadi ‘raksasa merah’, akhir hidup matahari pun telah di ambang pintu. Sebagian materi di lapisan luarnya pergi meninggalkan si ‘raksasa merah’. Tinggallah materi yang ada di tengah-tengahnya. Materi sisa itu lalu mengalami sesuatu yang sangat menarik: Dia mengerut akibat gaya gravitasinya sendiri.

Sewaktu matahari kita masih hidup, energi panas dari energi nya dapat menahan pengerutan itu. Namun, ‘kini’ setelah energi nuldir itu habis, pengerutan pun tak dapat dihindari lagi. Meskipun demikian, pengerutan puing-puing matahari kita ini, toh tidak bisa berlangsung terus menerus.

Gaya tarik gravitasi ternyata dapat dilawan oleh gaya tekan elektron di dalam bintang sehingga pengerutan berhenti pada ukuran tertentu. Apa yang terjadi setelah sisa matahari kita berhenti mengerut? Dia menjadi bintang katai putih (white dwarf). Katai putih merupakan semacam bintang redup yang sangat padat (Sesendok makan materi katai putih beratnya dapat mencapai 10 ton!).

Kenyataannya semua bintang dengan massa sama atau lebih kecil dari 8 kali massa matahari kehilangan begitu banyak massa pada akhir hidupnya sehingga katai putih yang tersisa selalu mempunyai massa kurang dari 1,4 kali massa matahari. Rata-rata massa katai putih hanya 0,6 kali massa matahari. Berjuta-juta tahun kemudian, katai putih terus mendingin sampai tinggal gumpalan benda mati. ltulah akhir matahari kita.

SUPERNOVA
Tidak semua bintang bakalan mengakhiri riwayatnya seperti akhir riwayat matahari kita kelak. Hanya bintang-bintang dengan massa kecil -termasuk matahari kita- yang akan menjadi katai putih. Bagaimana dengan bintang-bintang yang bermassa lebih besar, katakanlah 4 atau 5 kali massa matahari?

Menjelang akhir hidupnya, bintang-bintang itu tidak hanya sekedar menjadi ‘raksasa merah’, tetapi dia meledak sehingga memancarkan cahaya yang amat terang. Bintang yang meledak ini kita sebut supernova.

Lalu apa yang tersisa setelah ledakan supernova berakhir? Seperti halnya akhir riwayat matahari kita, sisa ledakan supernova berupa gumpalan “sisa bintang” yang segera mengerut akibat gravitasinya sendiri. Hanya saja sisa ledakan supernova itu seringkali tidak mengkerut menjadi katai putih, melainkan sesuatu yang lain. Bila sisa ledakan supernova mempunyai massa 2 hingga 3 kali massa matahari, maka gravitasinya akan cukup kuat untuk mengatasi tekanan elektron-elektron di dalamnya. Akibat-nya, seluruh elektron dalam “sisa bintang” itu bersatu dengan proton-proton sehingga seluruh proton menjadi netron. Dengan demikian kita mempunyai sebuah bintang yang seluruhnya terdiri dari netron! Kita sebut, bintang netron.

Setelah menjadi bintang netron, pengerutan lalu berhenti karena ditahan oleh gaya tolak nuklir antara netron-netron. Namun, bila massa sisa supernova lebih dari 3 kali massa matahari, bahkan gaya tolak nuklir antar netron pun tak mampu melawan pengerutan gravitasi.

LUBANG HITAM
Memang, sisa supernova yang massanya lebih dari 3 kali massa matahari akan terus menerus mengerut tanpa ada yang dapat menahan. Dia lalu menjadi sebuah lubang hitam.

Akibat pengerutan tersebut, gra-vitasi lubang hitam menjadi luar biasa kuatnya. Begitu kuatnya sehingga benda yang tertarik ke lubang hitam tidak mungkin lolos lagi. Bahkan cahaya pun tak dapat meninggalkan lubang hitam. Dengan demikian, lubang hitam memang benar-benar hitam. Sebab, tak ada cahaya yang dapat memancar atau dipantulkan olehnya. Semuanya tersedot habis.

BENARKAH ADA LUBANG HITAM DI ALAM SEMESTA?
Sejauh ini pembahasan kita baru bersifat teoritis. Sebab, mengamati lubang hitam dalam kenyataannya amatlah sulit. Untuk dapat mengamati sesuatu, kita harus dapat melihat sesuatu itu, atau paling tidak memperoleh sinyal-sinyal darinya. Tetapi bagaimana kita dapat melihat atau menangkap sinyal-sinyal dari lubang hitam, bila tak ada sesuatu pun yang dapat lolos darinya?

Untunglah masih ada jalan ke luar. Di alam ini ternyata banyak bintang-bintang kembar, yaitu dua bintang yang ‘bersahabat’, saling mengorbit satu sama lain. Bintang-bintang kembar itu ternyata amat setia satu sama lain. Bila salah satu berubah menjadi lubang hitam, yang lain tidak. akan tinggal diam. ‘Perlahan’ tapi pasti materi bintang itu tersedot ke rekannya yang telah menjadi lubang hitam. Aliran materi yang tersedot ini ternyata dapat dipastikan akan memancarkan sinar-X.

Nah, kini kita mempunyai sesuatu cara untuk mendeteksi lubang hitam. Bila sebuah bintang mengorbiti sesuatu yang tak tampak -tetapi yang massanya dapat dihitung sebagai lebih dari 3 kali massa matahari- dan di sekitar sesuatu yang tak nampak itu terpancar sinar-X, maka dapat “dipastikan” bahwa kita telah menemukan sebuah lubang hitam. Nah, berdasarkan pengetahuan ini, berhasilkan kita menemukan lubang hitam?

CYGNUS X-1
Ya dan tidak. Para astronom memang telah menemukan sebuah kandidat lubang hitam di galaksi kita yang untuk beberapa saat sempat menjadi kandidat kuat, sampai munculnya beberapa masalah.

Kandidat yang dimaksud adalah Cygnus X-1. Sumber sinar-X yang ditemukan pada tahun 1960 ini, me-ngitari sebuah bintang gelap. Mungkinkah ini sebuah lubang hitam? Ada kemungkinan. Tetapi para astronom masih diliputi keragu-raguan.

Pertama-tama, bintang terang di kawasan Cygnus ini sulit ditentukan massanya dengan pasti. Jika massa bintang terangnya memang sangat tinggi, kemungkinan besar bintang gelapnya adalah sebuah lubang hitam. Tetapi jika tidak, kemungkinan besar yang ada di Cygnus X-1 ini hanyalah sebuah bintang neutron biasa. Kedua, jarak ke Cygnus X-1 pun sulit ditentukan dengan pasti. Sehingga, sekali lagi, massa bintang pup sulit ditentukan berdasarkan derajat terangnya. (Bila Cygnus X-1 berjarak kurang dari 500 tahun cahaya, dapat dipastikan kita hanya sekedar memiliki sebuah bintang neutron). Akhirnya, massa rninimum bintang gelap di Cygnus X-1 diperkirakan hanya 0,25 kali massa matahari. Satu hal lagi yang menambah keragu-raguan kita. Nah, akibat sejumlah keragu-raguan ini para astronom pun terpaksa harus mencari kandidat lain.

A0620-00
Pada tanggal 3 Agustus 1975, satelit Inggris yaitu Ariel-5, mendeteksi sebuah sumber sinar-X yang sangat kuat berasal dari konstelasi Mono-ceros, dekat Orion, tepatnya pada posisi 0620-00 (karena itu sumber sinar-X ini diberi nama A0620-00, “A” dari “Ariel”). Sumber sinar-X ini ter-nyata merupakan kandidat terkuat saat ini untuk lubang hitam. Mengapa?

Pada posisi ini -menurut arsip para astronom- pernah ada sebuah super-nova. (Kita ingat bahwa terbentuknya lubang hitam biasanya didahului oleh supernova). Kemudian, pada posisi sumber sinar-X ini terdapat sebuah bintang oranye’dari jenis yang dikenal baik oleh para astronom. Bintang oranye ini diperkirakan bermassa 0,7 kali massa matahari dan mengitari sebuah bintang gelap bermassa minimal 3,2 massa matahari. Jelas ini merupakan sebuah lubang hitam karena bermassa 3 kali massa matahari.

Itulah sedikit tinjauan tentang perburuan lubang hitam di galaksi kita. Di samping adanya perburuan itu, muncul juga teori-teori baru tentang lubang hitam yang menambah misteri hitamnya lubang hitam.

BENARKAH LUBANG HITAM ITU BENAR-BENAR HITAM?
Stephen William Hawking (1942- ), ‘Sang Embah’ fisika lubang hitam, menunjukkan bahwa lubang hitam ternyata lebih dinamis daripada kelihatannya. Ahli fisika teori Inggris yang hampir lumpuh total ini, memperlihatkan bahwa lubang hitam bukanlah akhir dan kelumpuhan dari sebuah bintang. Lubang hitam, seperti juga pikiran ahli fisika lumpuh itu, masih mempunyai dinamika yang menakjubkan. Hawking menemukan bahwa ruang dekat “permukaan” lubang hitam dapat menjadi sumber radiasi termal.

Lubang hitam ternyata dapat bocor, menguap, bahkan meledak!

Radiasi termal ini berbanding terbalik dengan massa lubang hitam. Untuk lubang hitam dengan massa lebih dari tiga kali massa matahari, radiasi termal ini sangat kecil. Tetapi mungkinkah ada lubang hitam bermassa kecil, kurang dari tiga kali massa matahari, di alam semesta ini? Hawking sampai pada kesimpulan yang menakjubkan bahwa lubang hitam semacam ini ada! Lubang hitam ini jelas bukan berasal dari sisa supernova, melainkan terbentuk pada awal penciptaan alam semesta. Lubang-lubang hitam ini sangat bervariasi ukurannya. Hawking bahkan berteori bahwa ada lubang hitam mini yang berukuran hanya sebesar proton (inti atom hidrogen). Meskipun hanya sebesar inti atom hidrogen, lubang hitam ini mempunyai massa bermilyar-milyar ton. Bila lubang hitam mini ini ada yang kebetulan nyasar menabrak bumi, efeknya akan sama dengan ledakan ledakan bermilyar-milyar bom hidrogen. Mari kita berdo’a bahwa itu tidak akan pernah terjadi!

Oleh T. Juwono

Sumber: Majalah AKU TAHU/ PEBRUARI 1993