Objek terbesar di langit malam kita — sejauh ini! —Tidak terlihat oleh kita. Objeknya adalah Lubang Hitam Super-Massive (SMBH) di pusat galaksi Bima Sakti kita, yang disebut Sagitarius A. Tetapi segera kita mungkin memiliki gambar cakrawala acara Sagittarius A. Dan gambar itu dapat menimbulkan tantangan bagi Teori Relativitas Umum Einstein.
Tidak ada yang pernah melihat cakrawala peristiwa lubang hitam. Tarikan gravitasi yang intens mencegah apa pun, bahkan cahaya, dari melarikan diri. Cakrawala peristiwa adalah titik tidak bisa kembali. Tidak masalah, tidak ada cahaya, dan tidak ada informasi yang bisa lolos. Tapi kita mungkin sudah dekat untuk mendapatkan gambar horizon acara Sagittarius A, terima kasih kepada Teleskop Event Horizon (EHT).
EHT adalah kolaborasi internasional yang dirancang untuk menyelidiki lingkungan sekitar lubang hitam. Ini bukan satu teleskop, melainkan sistem teleskop radio yang terhubung di seluruh dunia yang bekerja bersama menggunakan interferometri. Dengan mengukur energi elektromagnetik dari wilayah yang mengelilingi lubang hitam dengan banyak piringan radio di beberapa lokasi, beberapa sifat sumber dapat diturunkan.
Para peneliti dengan EHT berharap bahwa pengamatan mereka pada akhirnya akan memberikan gambar efek gravitasi intens yang kita harapkan untuk melihat di dekat lubang hitam. Mereka juga berharap dapat mendeteksi beberapa dinamika yang bekerja di dekat lubang ketika materi yang mengorbit dalam piringan akresi mencapai kecepatan relativistik.
Proyek EHT mengumpulkan data tentang Sagitarius A, dan satu lubang hitam lainnya bernama M87 di pusat galaksi Virgo A, selama periode empat tahun. Empat tahun itu berakhir pada April 2017, tetapi tim yang terdiri dari 200 ilmuwan dan insinyur masih menganalisis data. Sementara itu, tim telah merilis gambar model komputer dari apa yang mereka harapkan.
Gambar mungkin tidak tampak banyak, tetapi ini penting. Ini sama dengan membaca judul surat kabar di bulan sambil berdiri di Bumi. Gambar dapat membantu kami menjawab beberapa pertanyaan membingungkan tentang lubang hitam:
- Apa peran lubang hitam dalam pembentukan galaksi?
- Seperti apa cahaya dan materi saat jatuh ke lubang hitam?
- Apa aliran energi yang keluar dari lubang hitam?
Ada juga kemungkinan bahwa gambar EHT menghasilkan Sagitarius A akan berarti bahwa Teori Relativitas Umum Einstein perlu diperbarui. (Meskipun biasanya merupakan ide yang buruk untuk bertaruh melawan Einstein.)
Lubang Hitam dan Cakrawala Peristiwa
Lubang hitam pada dasarnya adalah mayat bintang. Ketika bintang yang sangat masif membakar semua bahan bakarnya, ia runtuh menjadi titik yang sangat padat, atau singularitas. Lubang hitam memiliki tarikan gravitasi yang sangat kuat, yang menarik gas dan debu ke arahnya. Setiap 10.000 tahun sekali, Sagitarius A bahkan mengkonsumsi bintang.
Cakrawala peristiwa seperti shell di sekitar lubang hitam. Setelah masalah apa pun — atau bahkan cahaya — mencapai cakrawala acara, semuanya berakhir. Lubang hitam tumbuh dalam ukuran saat ia mengkonsumsi materi, dan horizon peristiwa juga mengembang.
Sagittarius A, Lubang Hitam Super-Massive kami (SMBH), sangat besar. Ia memiliki massa 4 juta kali lebih besar dari Matahari. Namun demikian, itu tidak terlalu besar dibandingkan dengan SMBH lainnya. SMBH lain dalam proyek EHT jauh lebih besar, dengan massa 7 miliar kali Matahari.
EHT akan menghasilkan gambar horizon peristiwa dengan mempelajari area di sekitar lubang hitam. Sesuatu terjadi pada materi saat jatuh ke lubang hitam. Ini membentuk piringan akresi gas dan debu yang berputar-putar yang pada dasarnya dalam pola penahanan hingga terhisap ke dalam lubang. Materi itu mempercepat hingga kecepatan relativistik, yang berarti mendekati kecepatan cahaya. Ketika itu terjadi, materialnya sangat panas, dan memancarkan energi.
Tetapi lubang hitam itu begitu kuat secara gravitasi sehingga membengkokkan cahaya itu dalam sebuah fenomena yang disebut pelensaan gravitasi. Lensa ini menciptakan wilayah gelap yang disebut bayangan lubang hitam. Menurut teori, horizon peristiwa harus sekitar 2,5 kali lebih besar dari bayangan. Jadi begitu para ilmuwan memiliki gambar bayangan, mereka tahu ukuran horizon peristiwa. Ukuran horizon peristiwa sebanding dengan massa lubang hitam. Jadi dalam kasus Sagitarius A, diameternya harus sekitar 24 juta km (15 juta mil).
Jadi tidak akan ada gambar lubang hitam itu sendiri, tetapi akan ada gambar bayangan yang dilemparkan lubang hitam. Secara ilmiah, itu adalah lompatan besar dalam pemahaman kita tentang lubang hitam. Dan jika ada keraguan tentang keberadaan lubang hitam, gambar bayangan akan memberikan bukti kuat bahwa lubang hitam memang ada di luar sana.
EHT dan Jet
Meskipun ukuran Sagittarius A besar, ia kecil di langit. Terlalu kecil untuk dilihat oleh teleskop tunggal. Itu sebabnya EHT diimplementasikan. Ini menggabungkan 7 teleskop radio terpisah di seluruh dunia menjadi satu teleskop virtual besar menggunakan teknik yang disebut Very Long Baseline Interferometry (VLBI), sesuatu yang akrab dengan penggemar astronomi. Teleskop virtual memiliki kekuatan penyelesaian yang jauh lebih besar daripada lingkup tunggal, dan memungkinkan para astronom untuk mempelajari area di dekat Sgr. SEBUAH.
Selama periode satu minggu pada bulan April 2017, tim EHT menunjuk ketujuh ‘cakupannya ke Sgr A, dan tujuh jam atom mencatat waktu kedatangan sinyal di setiap teleskop. Dengan mempelajari dan menggabungkan sinyal, para ilmuwan dapat membuat gambar Sgr A. Ini adalah proses yang memakan waktu dan berkelanjutan.
Jet enerjik yang mengalir keluar dari sekitar lubang hitam sangat menarik bagi para peneliti. Materi yang berputar-putar dalam piringan akresi lubang hitam memanas hingga miliaran derajat. Sebagian memasuki lubang hitam, tetapi tidak semuanya.
Jet energik adalah bagian yang lolos dari disk akresi. Mereka melakukan perjalanan mendekati kecepatan cahaya selama puluhan ribu tahun cahaya. Para ilmuwan ingin tahu lebih banyak tentang mereka.
Ketika datang ke Sgr. A, kami tidak tahu apakah ada jet. Itu belum sangat aktif dalam beberapa dekade terakhir, jadi mungkin tidak ada jet. Tetapi jika mereka ada di sana, EHT akan mengambil sinyal radio di sana. Maka kita mungkin mendapatkan jawaban untuk beberapa pertanyaan mendasar tentang jet:
- Bagaimana mereka memulai?
- Bagaimana mereka mempercepat ke kecepatan relativistik?
- Bagaimana mereka tetap fokus?
- Terbuat dari apa mereka sebenarnya?
Apakah Teori Relativitas Umum Einstein Bermasalah?
Mungkin tidak. Tapi ada kemungkinan.
Sebagian besar Tata Surya kita adalah tempat yang biasa saja dan biasa saja. Dan dari situlah sebagian besar bukti pengamatan kami yang mendukung Relativitas Umum berasal. Namun wilayah yang mengelilingi lubang hitam bukanlah lingkungan normal.
Kondisinya ada yang ekstrem. Gravitasi yang intens, pancaran material super panas bergerak mendekati kecepatan cahaya, dan horizon peristiwa. Namun terkait Relativitas Umum, sebagian besar tentang gravitasi dan cahaya.
Relativitas Umum memprediksi bahwa gravitasi lubang hitam akan melengkung ruang waktu dan menarik segala sesuatu ke arahnya, termasuk cahaya. Data yang dikumpulkan oleh EHT akan memberikan pengukuran fenomena ini yang dapat dibandingkan dengan prediksi Einstein. Jika data cocok dengan prediksi, Einstein menang lagi.
Relativitas Umum membuat prediksi lain: bayangan yang dilemparkan oleh disk akresi harus melingkar. Jika tidak berbentuk lingkaran, dan lebih berbentuk bulat telur, maka rumus dalam Relativitas Umum tidak sepenuhnya akurat.
John Wardle adalah seorang astronom yang telah mempelajari lubang hitam selama beberapa dekade, ketika mereka masih hanya konstruksi teoretis. Dia sangat terlibat dalam proyek EHT. Wardle berpikir bahwa Relativitas Umum akan bertahan pada ujian ini, dan bahwa Einstein akan menang lagi. Tetapi jika Relativitas Umum gagal dalam tes ini, kita akan menemukan diri kita dalam situasi yang sangat sulit dan aneh.
"Maka kita akan berada di jaket lurus yang parah karena Anda tidak dapat membuat perubahan yang mengacaukan semua bit lain yang berfungsi," kata Wardle. "Itu akan sangat menyenangkan."
- Siaran Pers Brandeis University: "Seperti apa lubang hitam itu?"
- Teleskop Horizon Acara
- Entri Wikipedia: Interferometri
- Entri Wikipedia: Horizon Peristiwa
