Sebuah jaringan internasional teleskop radio telah menghasilkan gambar close-up bayangan lubang hitam pertama yang pernah diungkapkan para ilmuwan pagi ini (10 April). Kolaborasi ini, yang disebut Teleskop Peristiwa Horizon, mengukuhkan dekade prediksi tentang bagaimana cahaya akan berperilaku di sekitar benda-benda gelap ini, dan mengatur panggung untuk era baru astronomi lubang hitam.
"Dari skala nol hingga menakjubkan, itu luar biasa," kata Erin Bonning, seorang astrofisikawan dan peneliti lubang hitam di Universitas Emory yang tidak terlibat dalam upaya pencitraan.
"Yang mengatakan, itu yang saya harapkan," katanya kepada Live Science.
Pengumuman, menggoda selama sekitar satu setengah minggu di muka, berhasil menjadi sangat menarik dan hampir sepenuhnya tanpa detail mengejutkan atau fisika baru. Fisika tidak rusak. Tidak ada fitur tak terduga dari lubang hitam yang terungkap. Gambar itu sendiri hampir cocok untuk ilustrasi lubang hitam yang biasa kita lihat dalam sains dan budaya pop. Perbedaan besar adalah bahwa itu jauh lebih blurrier.
Namun, ada beberapa pertanyaan penting terkait lubang hitam yang belum terselesaikan, kata Bonning.
Bagaimana lubang hitam menghasilkan pancaran besar materi panas dan cepat mereka?
Semua lubang hitam supermasif memiliki kemampuan untuk mengunyah materi di dekatnya, menyerap sebagian besar melewati cakrawala acara mereka, dan memuntahkan sisanya ke luar angkasa dengan kecepatan sangat dekat dalam menara yang menyala, yang oleh ahli astrofisika disebut "jet relativistik."
Dan lubang hitam di pusat Virgo A (juga disebut Messier 87) terkenal karena jet yang mengesankan, memuntahkan materi dan radiasi di seluruh ruang. Jet relativistiknya sangat besar sehingga mereka dapat sepenuhnya lepas dari galaksi di sekitarnya.
Dan fisikawan tahu garis besar tentang bagaimana ini terjadi: Materi tersebut berakselerasi ke kecepatan ekstrem saat jatuh ke dalam gravitasi lubang hitam dengan baik, kemudian beberapa di antaranya lolos sambil mempertahankan kelembaman itu. Tetapi para ilmuwan tidak setuju tentang perincian tentang bagaimana ini terjadi. Gambar ini dan makalah terkait belum menawarkan detail apa pun.
Mengetahui hal itu, kata Bonning, akan menjadi masalah menghubungkan pengamatan Event Horizons Telescope - yang mencakup ruang yang cukup kecil - dengan gambar jet relativistik yang jauh lebih besar.
Sementara fisikawan belum memiliki jawaban, katanya, ada peluang bagus bahwa mereka akan datang segera - terutama setelah kolaborasi menghasilkan gambar dari target kedua: lubang hitam supermasif Sagittarius A * di pusat galaksi kita sendiri, yang tidak menghasilkan jet seperti milik Virgo A. Membandingkan dua gambar, katanya, mungkin menawarkan kejelasan.
Bagaimana relativitas umum dan mekanika kuantum cocok bersama?
Setiap kali fisikawan berkumpul untuk berbicara tentang penemuan baru yang sangat menarik, Anda dapat berharap untuk mendengar seseorang menyarankan bahwa itu mungkin membantu menjelaskan "gravitasi kuantum."
Itu karena gravitasi kuantum adalah hal yang tidak diketahui dalam fisika. Selama sekitar satu abad, fisikawan telah bekerja menggunakan dua perangkat aturan yang berbeda: Relativitas umum, yang mencakup hal-hal yang sangat besar seperti gravitasi, dan mekanika kuantum, yang mencakup hal-hal yang sangat kecil. Masalahnya, kedua buku aturan itu saling bertentangan secara langsung. Mekanika kuantum tidak dapat menjelaskan gravitasi, dan relativitas tidak dapat menjelaskan perilaku kuantum.
Suatu hari, fisikawan berharap untuk menghubungkan keduanya bersama dalam sebuah teori besar yang disatukan, kemungkinan melibatkan semacam gravitasi kuantum.
Dan sebelum pengumuman hari ini, ada spekulasi bahwa itu mungkin termasuk beberapa terobosan pada subjek. (Jika prediksi relativitas umum tidak muncul dalam gambar, itu akan menggerakkan bola ke depan.) Selama briefing berita dari National Science Foundation, Avery Broderick, seorang ahli fisika di University of Waterloo di Kanada, dan seorang kolaborator pada proyek, menyarankan jawaban semacam itu mungkin akan datang.
Tapi Bonning skeptis dengan klaim itu. Gambar ini sepenuhnya tidak mengejutkan dari perspektif relativitas umum, sehingga tidak menawarkan fisika baru yang dapat menutup celah antara kedua bidang, kata Bonning.
Tetap saja, itu tidak gila bahwa orang berharap untuk jawaban dari pengamatan semacam ini, katanya, karena tepi bayangan lubang hitam membawa kekuatan relativistik ke dalam ruang kecil, ukuran-kuantum.
"Kami akan berharap untuk melihat gravitasi kuantum sangat, sangat dekat dengan horizon peristiwa atau sangat, sangat awal di alam semesta awal," katanya.
Tetapi pada resolusi yang masih kabur dari Event Horizons Telescope, katanya, kami tidak akan menemukan efek semacam itu, bahkan dengan peningkatan yang direncanakan akan datang.
Apakah teori-teori Stephen Hawking sama benarnya dengan Einstein?
Kontribusi terbesar karir awal fisikawan Stephen Hawking untuk fisika adalah gagasan "radiasi Hawking" - bahwa lubang hitam sebenarnya bukan hitam, tetapi memancarkan sejumlah kecil radiasi dari waktu ke waktu. Hasilnya sangat penting, karena itu menunjukkan bahwa begitu lubang hitam berhenti tumbuh, ia akan mulai menyusut dengan lambat dari kehilangan energi.
Tetapi Teleskop Peristiwa Horizon tidak mengkonfirmasi atau menyangkal teori ini, kata Bonning, tidak ada yang mengharapkannya.
Lubang hitam raksasa seperti yang ada di Virgo A, katanya, hanya memancarkan radiasi Hawking dalam jumlah minimal dibandingkan dengan ukuran keseluruhannya. Sementara instrumen kami yang paling canggih sekarang dapat mendeteksi cahaya terang dari cakrawala acara mereka, ada sedikit kemungkinan bahwa mereka akan pernah menggoda cahaya ultra-redup dari permukaan lubang hitam supermasif.
Hasil-hasil itu, katanya, kemungkinan akan datang dari lubang hitam terkecil - teoretis, objek berumur pendek yang begitu kecil sehingga Anda bisa melampirkan seluruh horizon peristiwa mereka di tangan Anda. Dengan kesempatan untuk pengamatan dari dekat, dan lebih banyak radiasi yang tersedia dibandingkan dengan ukuran keseluruhannya, manusia pada akhirnya mungkin mencari cara untuk menghasilkan atau menemukan satu dan mendeteksi radiasi.
Jadi apa yang sebenarnya kita pelajari dari gambar ini?
Pertama, fisikawan mengetahui bahwa Einstein benar, sekali lagi. Tepi bayangan, sejauh yang bisa dilihat oleh Event Horizons Telescope, adalah lingkaran yang sempurna, seperti halnya fisikawan di abad ke-20 yang bekerja dengan persamaan relativitas umum Einstein yang diprediksi.
"Saya tidak berpikir ada orang yang terkejut ketika tes relativitas umum lain berlalu," kata Bonning. "Jika mereka berjalan di atas panggung dan mengatakan bahwa relativitas umum telah rusak, aku akan jatuh dari kursiku."
Hasil dengan implikasi praktis yang lebih langsung, katanya, adalah bahwa gambar memungkinkan para ilmuwan untuk secara tepat mengukur massa lubang hitam supermasif ini, yang berada 55 juta tahun cahaya di jantung galaksi Virgo A. Ini 6,5 miliar kali lebih besar dari matahari kita.
Itu masalah besar, kata Bonning, karena itu bisa mengubah cara fisikawan menimbang lubang hitam supermasif di hati galaksi lain yang lebih jauh atau lebih kecil.
Saat ini, fisikawan memiliki ukuran yang cukup tepat dari massa lubang hitam supermasif di jantung Bima Sakti, kata Bonning, karena mereka dapat menyaksikan bagaimana gravitasinya menggerakkan bintang-bintang individual di lingkungannya.
Tetapi di galaksi lain, teleskop kita tidak bisa melihat pergerakan bintang individu, katanya. Jadi fisikawan terjebak dengan pengukuran yang lebih kasar: Bagaimana massa lubang hitam memengaruhi cahaya yang berasal dari lapisan bintang yang berbeda di galaksi, atau bagaimana massanya memengaruhi cahaya yang berasal dari berbagai lapisan gas mengambang bebas di galaksi.
Tetapi perhitungan itu tidak sempurna, katanya.
"Anda harus membuat model sistem yang sangat kompleks," katanya.
Dan kedua metode tersebut pada akhirnya menghasilkan hasil yang agak berbeda di setiap galaksi yang diamati oleh fisikawan. Tetapi setidaknya untuk lubang hitam di Virgo A, kita sekarang tahu bahwa satu metode sudah benar.
"Penentuan kami sebesar 6,5 miliar massa matahari akhirnya mendarat tepat di atas penentuan massa yang lebih berat dari," Sera Markoff, seorang astrofisika dari Universitas Amsterdam dan seorang kolaborator pada proyek tersebut mengatakan dalam briefing berita.
Itu tidak berarti bahwa fisikawan hanya akan pindah ke pendekatan untuk mengukur massa lubang hitam, kata Bonning. Tapi itu memang menawarkan titik data penting untuk menyempurnakan perhitungan di masa depan.
