HANCURNYA DIMENSI WAKTU PADA LUBANG HITAM




Ilustrasi Lubang Hitam sumber: NASA/JPL-Caltech
Ilustrasi Lubang Hitam sumber: NASA/JPL-Caltech
Keberadaan planet-planet tidaklah jauh berbeda dengan manusia yaitu melalui sejumlah proses dalam menjalani kehidupannya. Manusia lahir sebagai bayi, tumbuh besar menjadi dewasa, kemudian tua dan mati. Masa dewasa adalah masa-masa aktif dalam melaksanakan berbagai kegiatan untuk memenuhi tanggung jawabnya sedangkan pada waktu tua relatif dilayani oleh orang lain. Demikian juga halnya dengan bintang-bintang yang mempunyai fase aktif dan fase pasif dan akhirnya mati. Pada saat bintang-bintang tersebut aktif dapat kita lihat dengan pancaran sinarnya yang dihasilkan dari rekasi-reaksi unsur- unsur yang pada bintang-bintang tersebut sedangkan pada fase fasip bintang-bintang tersebut tidak lagi dapat memancarkan sinar dari permukaanya karena unsur-unsur yang ada berupa hidrogen, helium tidak lagi dapat bekerja. Pada fase ini bintang dimaksud hanya akan menyerap energi dari planet-planet disekitarnya sampai akhirnya tidak mampu lagi menyerap energi dari planet disekitarnya dan dengan demikian tidak terjadi reaksi nuklir dan akibatnya bintang tersebut akan menjadi dingin dan inilah awal kematian dari suatu bintang yang selanjutnya akan runtuh. Proses runtuhnya bintang inilah yang disebut dengan LUBANG HITAM.

Apakah yang dimaksud dengan lubang hitam? Lubang hitam adalah kasus runtuhnya sebuah bintang yang memiliki gravitasi yang sangat besar. Karena kekuatan gravitasinya yang sangat besar sehingga cahaya yang terserap tidak dpat keluar dari permukaanya. Kecepatan masing-masing partikel dari bintang tersebut  pada saat runtuh dapat melebihi kecepatan cahaya. Medan gravitasi dari bintang ini sangat kuat sehingga untuk bisa lepas dari tarikan gravitasinya dibutuhkan kecepatan yang lebih besar dari kecepatan cahaya. Karena memiliki tarikan gravitasi yang sangat tinggi, maka terkadang membuat lubang hitam menjadi pusat dari suatu galaksi.

Kecepatan lubang hitam mencapai lebih dari 400.000 kilometer per jam. Kecepatan ini bergantung pada ukuran dan massa dari lubang hitam itu sendiri, dimana ukuran dari lubang hitam sendiri sangat bervariasi, dari yang sangat padat dengan berat jutaan atau bahkan miliaran kali dari berat matahari hingga massa bintang yang lebih ringan.

Lubang hitam merupakan bentuk revolusi paling akhir dari suatu bintang. Setiap saat bintang mengalami reaksi antara hidrogen, helium, oksigen dan karbon untuk menghasilkan energi yang menyebabkan bintang dapat bersinar. Bintang tersebut mengalami tarikan ke arah dalam dari gravitasinya sendiri, hal ini seimbang dengan tekanan luar dari fusi nuklir.

Ketika bahan bakar hidrogen dalam inti bintang mulai habis, reaksi nuklir pada lapisan luar mengambil alih melalui reaksi unsur-unsur yang ada pada lapisan permukaan dan mengakibatkan bintang  bersinar semakin terang, dan selanjutnya ketika bahan bakar  pada bagian luar habis radiasinya menghilang dan akan berpengaruh terhadap gravitasinya yang semakin tidak seimbang dan akibatnya bintang runtuh kearah dalam.  Pada fase ini bintang mulai mendingin dan semakin padat, gravitasinya semakin meningkat dan semakin tidak seimbang. Hal ini jelas berdampak terhadap rotasinya yang mengalami percepatan dan selanjutnya pada pase tertentu akan menyebabkan pemanasan dan menjadikan bintang tersebut mengembang menjadi bola raksasa merah atau bintang super raksasa yang siap untuk meledak.

Reaksi nuklir yang terjadi di lapisan luar pada sebuah bintang super raksasa, mengubah beberapa unsur menjadi unsur-unsur lain untuk melepaskan energi. Ketika pengubahan atau konversi ini tidak lagi dapat dilakukan, bintang menjadi lumpuh dan meledak menjadi supernova. Hal ini menyebabkan beberapa unsur yang berbeda menyebar ke seluruh luar angkasa. Unsur-unsur tersebut memiliki gaya gravitasi yan sangat kuat. Medan gravitasi yang kuat inilah yang menghasilkan sebuah lubang besar yang disebut lubang hitam.

Tidak semua bintang dapat berubah menjadi lubang hitam. Contohnya bumi dan matahari tidak akan pernah menjadi lubang hitam. Mengapa? Hal ini dikarenakan gravitasi dari bumi dan matahari tidak cukup untuk mengalahkan kekuatan atom dan nuklir dari dalam intinya, yang menolak kompresi.

Sebuah lubang hitam dapat tumbuh dengan cepat dengan menghisap bintang dan gas di dekatnya. Apapun yang memasuki horizon peristiwa dari lubang hitam, tidak akan bisa lepas dari tarikan gravitasinya. Lubang hitam tidak dapat menghisap benda dari jarak yang cukup jauh. Sebuah lubang hitam hanya dapat menangkap objek yang datang sangat dekat dengannya. Mereka lebih seperti pembersih vakum kosmik.  Sebagai contoh, bayangkan jika matahari diganti dengan lubang hitam dengan massa yang sama. Bumi akan menjadi gelap sepenuhnya, namun planet-planet akan terus berputar di sekitar lubang hitam pada jarak dan kecepatan yang sama seperti sekarang ini. Tidak ada satupun dari planet akan tertarik oleh gravitasi lubang hitam (www.Hubblesite.org).

Lubang hitam yang paling besar dapat menghisap bintang secara keseluruhan. Lubang hitam juga bisa tumbuh dengan bertabrakan dan bergabung dengan lubang hitam lainnya menjadi satu lubang hitam yang lebih besar. Jika hal ini terjadi, maka lubang hitam akan menghasilkan energi yang luar biasa dan mengirim gelombang gravitasi yang besar melalui ruang waktu dari alam semesta.

Menurut Stephen Hawking, menyatakan bahwa lubang hitam tidak menghancurkan segala yang dihisapnya, namun menyimpan apa yang dihisapnya untuk waktu yang lama. Setelah lubang hitam rusak dan mati, apa yang pernah dihisapnya akan dipancarkan kembali ke jagad raya dalam keadaan tercerai berai.

Lubang hitam memiliki tarikan gravitasi yang sangat besar. Tarikan gravitasi ini erat kaitannya dengan massa dari suatu benda. Namun, sebelum membahas mengenai gravitasi lubang hitam terlebih dahulu perlu diketahui apa itu gravitasi secara umum. Menurut hukum gravitasi universal Newton, gaya gravitasi adalah gaya Tarik-menarik yang terjadi antara semua partikel yang mempunyai massa di alam semesta.

Hukum gravitasi dalam bentuk interaksi antara dua partikel selalu bekerja sepanjang garis yang menghubungkan dua buah partikel, dan membentuk pasangan aksi-reaksi. Walaupun massa kedua partikel berbeda, kedua gaya interaksinya mempunyai besar yang sama. Hal ini memjadikan interaksi gravitasi dari setiap dua benda yang mempunyai distribusi massa bola simetris adalah sama seperti semua massa dikumpulkan pada pusatnya. Semua partikel dalam benda secara gravitasi saling Tarik menarik satu sama lain, partikel cenderung bergerak untuk meminimumkan jarak antar partikel.

Selain hukum gravitasi Newton, teori relativitas umum Einstein juga menjelaskan tentang gravitasi. Einstein menunjukkan bahwa benda-benda mendistorsi ruang-waktu empat dimensi, dan distorsi inilah yang kita rasakan sebagai gravitasi. Untuk medan gravitasi yang relative lemah, seperti di Bumi, prediksi Einstein dan teori Newton hampir sama. Tapi untuk medan gravitasi yang yang sangat kuat, seperti pada lubang hitam, teori Einstein dapat memprediksi banyak fenomena.

Teori relativitas umum yang dicetuskan Albert Einstein berbicara tentang interaksi gravitasi. Relativitas umum yang dibangun berdasarkan persamaan medan Einstein mengambil sudut pandang yang berbeda dengan gravitasi Newton. Menurut teori relativitas umum, gravitasi bukanlah efek dari tarikan benda bermassa seperti anggapan Newton melainkan efek dari kelengkungan ruang waktu berdimensi 4. Kelengkungan ini ditentukan oleh distribusi materi dan energi.

Teori relativitas umum menyatakan bahwa hadirnya materi menyebabkan perlengkungan ruang waktu sehingga benda yang sedang melintas di dekat materi itu akan membentuka lintasan lengkung. Inilah yang disebut efek gravitasi, sebagaimana dibuktikan oleh perlengkungan cahaya yang melintasi medan gravitasi.

Pada titik-titik yang jauh dari sebuah lubang hitam, efek gravitasinya adalah sama untuk setiap benda normal dengan massa yang sama. Misalkan saja jika matahari runtuh untuk membentuk sebuah lubang hitam, maka orbit planet-planet tidak akan terpengaruh. Tetapi benda-benda akan mengalami perbedaan yang signifikan dengan lubang hitam. Sebuah efek yang disebut pergeseran merah gravitasi diamati dalam lubang hitam. Pergeseran merah gravitasi adalah pergeseran panjang gelombang radiasi gelombang elektromagnetik saat bergerak mendekati atau menjauhi suatu medan gravitasi. Jika radiasi bergerak mendekati medan gravitasi panjang gelombangnya bergeser kearah biru, dan jika menjauhi medan gravitasi akan bergeser kearah merah.

Pada relativitas umum, mengamati bahwa terdapat suatu daerah disekitar lubang hitam yang didalamnya peristiwa-peristiwa tidak dapat mempengaruhi pengamat yang berada di luar. Daerah ini merupakan perbatasan dalam ruang-waktu yang disebut horizon peristiwa. Cahaya yang dipancarkan dari dalam horizon peristiwa tidak akan pernah bias mencapai pengamat, dan apapun yang melewati horizon peristiwa dari sisi pengamat Nampak diam di tempat, dengan citranya menjadi lebih bergeser kea rah merah seiring berjalannya waktu. Radiasi yang dapat lolos dari medan gravitasi lubang hitam dideskripsikan sebagai perbatasan yang didalamnya kecepatan lolos dari lubang hitam lebih besar daripada kecepatan cahaya. Deskripsi alternatif adalah bahwa di dalam horizon ini semua jalur yang dapat dilintasi cahaya dilengkungkan untuk jatuh lebih jauh ke dalam lubang hitam. Ketika partikel berada di dalam horizon tersebut, bergerak ke dalam lubang tersebut tidak bias dihindari seperti halnya bergerak maju dalam waktu (bregman,1960).

Efek kuantum dari horizon peristiwa adalah horizon peristiwa memiliki suhu dan dapat memancarkan radiasi. Suhu ini berbanding terbalik dengan massa lubang hitam, sehingga sulit mengamati lubang hitam bermassa bintang atau lebih. Hal ini berkaitan dengan  hukum kedua termodinamika yang menyatakan bahwa perubahan dari suatu sistem termodinamika tertutup berlangsung di arah peningkatan entropi. Radiasi yang dilepaskan lubang hitam akibat efek kuantum di dekat horizon peristiwa disebut radiasi Hawking. Radiasi Hawking mengurangi massa dan energi lubang hitam, sehingga lubang hitam yang kehilangan lebih banyak massa dari yang diterima akan mengecil dan akhirnya menghilang (wospakrik, 1987).

Jika sebuah perubahan kuantum menciptakan partikel maya, pasangan ini akan hancur dan hilang kembali ke dalam ruang hampa dalam tempo sangat singkat sehingga gangguan terhadap asas kesetimbangan energi tidak dapat diamati. Disebut gangguan karena pasangan itu lahir dari sesuatu yang tidak ada. Walaupun demikian, jika pasangan partikel maya melompat ke dalam ruang melengkung di dekat lubang hitam, salah satu partikel itu akan jatuh ke dalam lubang hitam sementara yang lain dapat lolos sehingga dapat diamati. Fenomena itu terjadi karena partikel yang jatuh ke dalam lubang hitam secara prinsip kehilangan energi lebih besar selama proses jatuhnya. Energi yang hilang lebih besar daripada energi yang dibutuhkan pada saat muncul dari ruang kosong. Fenomena itu menyumbang “energi negatif” kepada lubang hitam sehingga energi lubang hitam itu sendiri akan merosot. Hal ini konsisten dengan hukum kekekalan energi, karena mengganti energi milik partikel yang lain. Inilah cara lubang hitam memancarkan radiasi. Selain itu energi lubang hitam semakin merosot partikel demi partikel selama proses, seiring dengan berkurangnya massa. Pada akhirnya energi itu bisa juga sirna sama sekali dengan menyisakan radiasi hasil kerja seumur hidupnya.

Teori relativitas umum juga mengemukakan bahwa setiap jumlah materi akan melengkungkan ruang-waktu secara sempurna di sekeliling dirinya, dan menjadikannya sebuah lubang hitam, apabila dimampatkan dalam radius tertentu. Kita dapat menciptakan lubang hitam dengan menambah massa sebuah benda dan mempertahankan massanya serta memampatkannya sampai radius kritis.

Benda padat akan dapat menciptakan distorsi ruang dan waktu yang sangat kuat sehingga waktu akan sangat tidak terduga. Distorsi dapat terjadi pada benda dengan massa yang sangat besar, dimana dengan massa yang besar tersebut dapat menimbulkan medan gravitasi yang sangat kuat, misalnya pada lubang hitam. Benda-benda langit dengan massa yang besar yang mengalami distorsi ruang-waktu akan memiliki waktu yang relative pada daerah tersebut. Contohnya, bayangkan kita berada pada sebuah pesawat ruang angkasa yang berada di dekat lubang hitam. Kita mengirim robot untuk mendekati lubang hitam dan membandingkan waktu yang ada di dalam onboard dengan waktu yang ada pada robot. Jam yang dibawa oleh robot tersebut  berjalan semakin lambat seiring semakin dekatnya robot ke dalam lubang hitam. Hal ini terjadi karena adanya gravitasi yang sangat kuat, sehingga pengaruh dari gravitasi itu terhadap waktu di tempat itu adalah adanya pemuluran waktu. Selain dapat mengalami pemuluran waktu akibat gravitasi yang sangat kuat, di dalam lubang hitam waktu juga dapat berhenti. Waktu berhenti ini terjadi ketika suatu benda masuk ke dalam horizon peristiwa lubang hitam. 

Pemuluran waktu dalam lubang hitam disebut sebagai efek dilatasi waktu. Dilatasi waktu dapat terjadi ketika suatu benda dapat bergerak dengan kecepatan cahaya bahkan lebih cepat, maka benda tersebut akan mengalami waktu yang lebih lambat. Selain itu, dilatasi waktu juga dapat terjadi ketika suatu benda mendekati medan gravitasi yang besar, seperti pada lubang hitam. Inti dari efek dilatasi waktu tersebut adalah titik referensi atau titik acuan. Misalnya astronaut bergerak dengan kecepatan cahaya, astronaut bergerak mengacu pada pergerakan bumi, sehingga secara waktu yang dialami astronaut lebih lama dengan yang ada di bumi.

Ruang-waktu disekitar benda dengan massa yang besar  akan dibengkokkan karena medan gravitasi dari benda bermassa tersebut sangat besar. Jika suatu benda memilliki gravitasi dengan nilai tak terhingga, maka ruang-waktu akan terbengkokkan menuju pusat singularitas dengan kepadatan tak terhingga. Fenomena ini terjadi juga pada lubang hitam, dimana pusat dari sebuah lubang hitam adalah singularitas.

singularitas
Singularitas adalah sebuah materi yang tertekan hingga menjadi sebuah titik yang memiliki ukuran 10 pangkat takhingga atau dapat dikatakan sebagai suatu ketiadaan. Pada singularitas lubang hitam, disinilah terpusatnya kekuatan tarikan gravitasi tak terhingga. Dalam singularitas tidak ada hukum-hukum fisika yang berlaku dikarenakan ruang-waktu sebagai kerangka acuan dalam hukum-hukum fisika sudah tidak berarti di dalam singularitas. Prinsip pengabaian menjadikan tidak ada nilai-nilai fisika dari partikel-partikel yang dapat diprediksikan dalam singularitas.

Para astronom telah menemukan bahwa lubang hitam yang berada di pusat galaksi Bima Sakti telah mengalami gejolak pada sekitar tiga abad lalu. Lubang hitam tersebut dikenal sebagai Sagitarius A*, tergolong lubang hitam raksasa, dengan massa mencapai 4 juta kali massa matahari. Namun, energi yang dipancarkan oleh lubang hitam ini jauh lebih lemah daripada lubang hitam pada galaksi lain.

Adanya lubang hitam pada pusat galaksi Bima Sakti, memberikan gaya Tarik terhadap benda-benda angkasa yang bergerak mengelilinginya. Jika lubang hitam ini kehilangan energi gravitasi, benda-benda angkasa yang mengelilinginya akan terlempar keluar, sebaliknya bila gaya sentrifugal akibat putaran berkurang, benda angkasa tersebut akan bergerak mendekati lubang hitam. Jika hal itu terjadi, akibatnya akan sangat fatal bagi galaksi ini dimana kemungkinan terburuknya adalah seluruh galaksi ini akan terhisap ke dalam lubang hitam. Oleh karena itu lubang hitam memiliki energy gravitasi yang sangat kuat sehingga dapat menarik benda-benda angkasa untuk berputar mengelillilnginya dengan kecepatan tertentu.

Berlangganan update artikel terbaru via email:

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel