Lubang hitam adalah sisa-sisa bintang yang sangat masif dengan gravitasi yang begitu kuat sehingga bahkan cahaya pun tidak bisa lepas.
Lubang hitam mungkin termasuk di antara benda-benda paling aneh - dan paling sering disalahpahami - di alam semesta kita. Sisa-sisa bintang yang paling masif, mereka duduk di batas pemahaman kita tentang fisika. Mereka dapat mengandung beberapa kali massa matahari kita di ruang yang tidak lebih besar dari kota. Dengan gravitasi yang begitu kuat sehingga bahkan cahaya pun tidak dapat lepas dari permukaannya, lubang hitam dapat mengajarkan kita tentang ekstrem absolut dalam kosmos dan struktur ruang itu sendiri.
Artis membuat lubang hitam menggambar gas dari bintang di dekatnya. Kredit: NASA E / PO, Universitas Negeri Sonoma, Aurore Simonnet
Secara konseptual, lubang hitam tidak terlalu rumit. Mereka tidak lebih dari inti yang sangat padat dari bintang-bintang besar. Sebagian besar bintang, seperti matahari kita, mengakhiri hidup mereka dengan damai dengan dengan lembut meniupkan lapisan luarnya ke ruang angkasa. Tetapi bintang-bintang yang melebihi delapan kali massa matahari mengambil jalur lain yang lebih dramatis.
Bintang-bintang ini mati ketika mereka tidak bisa lagi memadukan inti atom di intinya. Bukannya mereka kehabisan bahan bakar, per se. Alih-alih, begitu bintang memiliki inti besi, menyatukan atom-atom untuk membuat unsur-unsur baru benar-benar menghabiskan energi bintang. Karena tidak memiliki sumber energi, bintang itu tidak dapat menahan diri melawan perjuangan tanpa henti dengan gravitasi. Lapisan luar bintang itu hancur.
Saat beberapa oktiliun ton gas melonjak, inti bintang mengalami perubahan drastis dan menjadi tahan terhadap kompresi lebih lanjut. Gas yang jatuh menghantam inti yang sekarang mengeras dan melambung kembali. Kompresi gas yang cepat memicu gelombang terakhir fusi nuklir yang tidak terkendali. Bintang itu, yang sekarang sangat tidak seimbang, meledak. Supernova yang dihasilkan dapat mengungguli seluruh galaksi dan dapat dilihat dari seluruh alam semesta.
Sisa supernova, N49, terletak 160.000 tahun cahaya di Large Magellenic Cloud — galaksi satelit dari Bima Sakti. Pada sekitar 5.000 tahun, supernova kemungkinan besar meninggalkan bintang neutron kompak. Gambar komposit ini menunjukkan sinar-x (ungu), inframerah (merah) dan cahaya tampak (putih, kuning). Sinar-X: NASA / CXC / Caltech / S.Kulkarni et al.; Optik: NASA / STScI / UIUC / Y.H.Chu & R.Williams et al.; IR: NASA / JPL-Caltech / R.Gehrz et al.
Di belakang supernova, intinya tetap ada. Sup padat partikel subatomik ini memiliki beberapa pilihan saat ini. Untuk bintang dengan massa kurang dari 20 matahari, inti tersebut menyatu sebagai bintang neutron. Tapi untuk kelas berat bintang sesungguhnya, inti berubah menjadi objek yang benar-benar eksotis. Lubang hitam lahir.
Bintang tumbuh subur dalam keseimbangan yang berbahaya. Gravitasi ingin menyatukan bintang, tekanan internal ingin memisahkannya. Perubahan paling drastis terjadi ketika salah satu kekuatan ini di atas angin. Di atas massa inti beberapa matahari, tidak ada sumber tekanan yang diketahui yang dapat menyeimbangkan gravitasi. Sisa-sisa bintang runtuh pada dirinya sendiri.
Meremas semua massa menjadi volume yang lebih kecil dan lebih kecil membuat gravitasi di permukaan bintang mati meroket. Mengumpulkan gravitasi membuat semakin sulit bagi apa pun untuk melarikan diri. Dapatkan gravitasi yang cukup tinggi - sekitar 30 ribu kali apa yang kita rasakan di Bumi - dan beberapa efek samping yang benar-benar aneh muncul.
Simulasi komputer ini menunjukkan bintang yang secara gravitasi terkoyak oleh lubang hitam di dekatnya. Aliran gas yang sangat panas menandai perjalanan terakhir bintang. Gas yang masuk menumpuk di disk di sekitar lubang hitam (kiri atas). Penghargaan: NASA, S. Gezari (Universitas Johns Hopkins), dan J. Guillochon (Universitas California, Santa Cruz)
Lempar bola ke udara, dan akhirnya bola itu berhenti, berbalik, dan kembali ke tangan Anda. Lempar bola dengan lebih keras, itu akan lebih tinggi - tetapi masih jatuh kembali. Lempar bola dengan cukup keras dan bola bisa lepas dari gravitasi Bumi. Titik tanpa harapan itu disebut "kecepatan lepas". Ini berbeda untuk setiap planet, bintang, dan komet. Kecepatan lepas Bumi sekitar 40.000 km / jam. Untuk matahari, lebih dari 2 juta km / jam !. Pada asteroid yang sangat kecil, melompat terlalu tinggi mungkin secara tidak sengaja meluncurkan Anda ke orbit.
Namun, pada lubang hitam, kecepatan melarikan diri lebih besar dari kecepatan cahaya!
Karena tidak ada yang bisa secepat itu, maka tidak ada apa pun - bahkan tidak cahaya itu sendiri - yang bisa mendapatkan kecepatan yang cukup untuk keluar dari permukaan lubang hitam. Tidak ada jenis radiasi — gelombang radio, UV, inframerah - dapat berasal dari lubang hitam. Tidak ada informasi yang dapat ditinggalkan. Alam semesta telah menarik tirai di sekitar sisa-sisa raksasa bintang ini sehingga kita tidak bisa langsung mempelajarinya. Yang bisa kita lakukan hanyalah dugaan.
Lubang hitam itu sendiri didefinisikan oleh volume ruang yang digambarkan oleh "horizon peristiwa". Cakrawala peristiwa secara tak terlihat menandai batas di mana kecepatan lepasnya persis sama dengan kecepatan cahaya. Di luar cakrawala, pesawat ruang angkasa Anda setidaknya memiliki peluang teoretis untuk membawanya pulang. Melintasi garis itu membuat Anda melakukan perjalanan satu arah ke apa pun yang ada di dalamnya.
Salah satu cara astronom menemukan lubang hitam adalah menemukannya di orbit di sekitar bintang lain. Ketika ini terjadi, gas dihisap dari bintang dan berputar ke bawah cakram melalui cakrawala peristiwa. Gas dalam cakram dipanaskan hingga jutaan derajat dan memancarkan sinar-X yang kuat. Hasilnya adalah apa yang oleh astronom disebut sebagai "biner x-ray", ditampilkan di sini dalam rendisi artis ini. Kredit: ESA, NASA, dan Felix Mirabel
Apa yang ada di cakrawala peristiwa adalah misteri yang lengkap. Apakah masih ada benda yang duduk di tengah, beberapa bayangan dari bintang yang pernah cemerlang? Atau apakah tidak ada yang menghentikan gravitasi dari menghancurkan inti ke satu titik, bahkan mungkin menusuk jalinan ruang-waktu? Kurangnya pemahaman kita tentang lingkungan yang sedemikian ekstrem dan tabir ketidaktahuan yang menyelubungi makhluk-makhluk ini memberi ruang imajinasi untuk menjadi liar. Visi terowongan ke dimensi lain, alam semesta paralel, dan bahkan waktu yang jauh merajalela. Tetapi satu-satunya jawaban jujur untuk pertanyaan "apa yang ada di luar cakrawala acara?" Adalah sederhana "kita tidak tahu!"
Intinya adalah bahwa lubang hitam adalah tempat mengubur bintang-bintang yang sangat besar. Setelah ledakan supernova, inti besar tertinggal. Karena tidak memiliki kekuatan penyeimbang yang cocok, gravitasi menarik inti bersama ke titik di mana kecepatan lepas melebihi kecepatan cahaya. Dari titik ini, tidak ada cahaya - dan tidak ada informasi apa pun - yang dapat memancar ke ruang angkasa. Yang tersisa hanyalah kehampaan hitam di mana dulunya bintang yang perkasa berdiri.