Akulah Si Lubang Hitam

Pernahkah kamu mendengar tentang lubang hitam? Itulah aku. Bagi kamu yang sangat menyukai film sains fiksi seperti Star Trek dan Interstellar, pasti mengetahui bagaimana penggambaran diriku yang ada di alam semesta kita. Tapi Aku bukanlah hanya sekedar benda fiksi yang tidak pernah ada atau hanya imajinasi manusia. Aku adalah objek nyata. Aku adalah objek yang memiliki tarikan gravitasi sangat kuat sehingga cahaya sekali pun tidak bisa lari dariku jika sudah terhisap. Aku dan saudara-saudaraku jumlahnya sangat banyak di alam semesta. Selain itu ukuran kami pun bisa beragam, mulai dari yang sangat kecil hingga jutaan kali lebih besar dari matahari.

Kemunculan ide tentang keberadaan diriku dimulai pada tahun 1783 di mana seorang ilmuwan bernama John Michell mempresentasikan karya ilmiahnya di hadapan Royal Society of London. Dia mengatakan bahwa jika suatu bintang cukup masif, maka kecepatan lepas yang dibutuhkan untuk bisa lepas dari tarikan bintang tersebut bisa mencapai kecepatan cahaya. Aku merupakan objek yang mungkin memenuhi kriteria tersebut. Kemudian seiring berjalannya waktu, ilmuwan terus mengembangkan ilmu pengetahun untuk benar-benar bisa mempelajariku yang awalnya hanya berupa hipotesis saja.

Aku muncul karena adanya teori relativitas umum. Teori ini adalah penggabungan dari teori relativitas khusus dan gravitasi. Sampai sekarang ilmu fisika (dasar) sangat dikenal dengan hukum-hukum Newtonnya yang berhasil menjelaskan bagaimana dinamika benda. Namun, untuk benda-benda yang bergerak dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya, hukum-hukum Newton gagal untuk menjelaskannya. Itulah yang menjadi awal dari kemunculan teori relativitas khusus pada tahun 1907 yang diformulasikan oleh Albert Einstein. Dengan teori ini, Einstein pun berhasil merumuskan ekuivalensi energi dan massa ( ). Namun, saat itu ada pertanyaan besar dalam pikirannya, yaitu bagaimana sistem tata surya dan planet-planet di dalamnya dapat bergerak. Fenomena ini tidak dapat dijelaskan dengan baik dengan menggunakan teori Newton dan teori relativitas khusus sekali pun. Pada saat itu penyebab munculnya gravitasi yang menyebabkan benda-benda langit bergerak sesuai dengan orbitnya masih belum jelas. Untuk itu diperlukan teori lain yang dapat mengakomodasi fenomena yang juga bisa mencakup teori-teori yang sudah ada. Inilah saat yang menjadi awal kemunculan teori relativitas umum yang juga merupakan teori yang dapat memprediksi keberadaan diriku.

Einstein pada awalnya memikirkan bagaimana cara untuk menggabungkan teori relativitas khusus dan gravitasi. Kemudian dia menemukan sebuah pemikiran untuk dapat melihat relasi kedua teori tersebut. Ia membayangkan seseorang terjatuh bebas dari atap. Ko bisa ya? Apa hubungannya orang yang terjatuh dengan kedua teori tersebut? Ketika seseorang terjatuh bebas dari atap (tidak ada gaya luar yang menyebabkannya jatuh), maka dia tidak akan merasakan berat tubuhnya. Hal ini sama juga dengan saat seseorang yang sedang berada dalam medan gravitasi yang seragam. Ini menunjukkan bahwa ada ekuivalensi antara teori gravitasi dan relativitas khusus (gerak benda). Hal ini kemudian dikenal dengan nama prinsip ekuivalensi.

Setelah melihat adanya ekuivalensi ini, Einstein selama beberapa tahun mencoba merumuskan teori relativistas umum. Dengan bantuan seorang matematikawan bernama Marcell Grossman yang mempelajari tentang gerak benda pada ruang melengkung, akhirnya dia berhasil merumuskan teori relativitas umum delapan tahun setelah teori relativitas khusus dirumuskan. Ternyata gravitasi adalah konsekuensi dari kelengkungan ruang waktu. Ruang waktu bisa melengkung karena adanya suatu massa yang sangat besar. Analoginya seperti kalau kita melihat bola bowling di atas trampolin, bola tersebut menyebabkan trampolin menjadi melengkung. Dengan teori relativitas umum, Einstein kemudian menghitung presesi orbit planet Merkurius yang menunjukkan bahwa perhitungannya tepat sesuai dengan hasil observasi. Pada tahun 1916, setahun setelah relativitas umum dirumuskan, seorang fisikawan Jerman bernama Karl Schwarzschild mempublikasikan solusi matematika pertama dari teori relativitas umum yang menggambarkan diriku. Aku yang ditemukan olehnya kemudian dikenal sebagai lubang hitam Schwarzschild yang memiliki massa .

Seperti yang Aku bilang sebelumnya, ukuranku dan saudara-saudaraku bisa beragam. Saat terbentuknya alam semesta, setelah Big Bang, ilmuwan percaya bahwa ada saudaraku yang paling tua dan pertama dilahirkan yang berukuran sangat kecil. Saudaraku ini dikenal sebagai lubang hitam primordial. Ada lagi saudaraku yang berukuran beberapa kali massa matahari, ribuan hingga jutaan kali massa matahari, dan ada juga yang bisa mencapai jutaan hingga miliaran massa matahari. Saudaraku yang paling besar massanya itu dikenal sebagai lubang hitam Supermasif dan dia hanya ada di pusat galaksi-galaksi di alam semesta. Si Supermasif ini sangat rakus dibanding saudaraku yang lain karena dia sangat suka makan. Dia memakan materi apapun yang mendekatinya karena tarikan gravitasinya begitu besar. Pada tahun 2019 lalu, para ilmuwan berhasil mengambil fotonya di galaksi M87 saat Ia sedang menghisap materi dan plasma berkecepatan sangat tinggi. Mengambil foto kami bukanlah hal yang mudah karena tidak ada cahaya yang kami pancarkan sama sekali tetapi untungnya si Supermasif sangat rakus sehingga foto objek-objek yang Ia hisap dapat diabadikan (dia yang ada di tengah dan berwarna hitam).

Selain ukuran yang berbeda-beda, kami juga memiliki karakter yang berbeda. Aku hanya memiliki massa. Sedangkan ada saudaraku yang juga yang bermassa dan bermutan listrik bernama Reissner-Nordstrom. Ada lagi yang hobinya berputar dengan momentum sudut . Namanya adalah lubang hitam Kerr (dia juga punya massa ya!). Satu lagi bernama Kerr-Newman yang suka berputar, bermuatan listrik dan bermassa. Tapi dari kami semua, para ilmuwan percaya kalau Kerr lah yang paling mungkin ada dan diamati di alam semesta, contohnya ya si Supermasif itu. Dalam ilmu fisika klasik, kami hanya mungkin memiliki tiga karakter tadi, yaitu , dan . Ini disebut sebagai teorema no-hair karena kami seperti tidak memiliki rambut kecuali , dan



Menurut para ilmuwan, kami bisa terbentuk dengan berbagai cara. Yang pertama adalah runtuhnya bintang yang masih hidup (seperti matahari). Bintang seperti matahari masih memiliki bahan bakar untuk tetap bertahan hidup. Saat bahan bakarnya habis karena reaksi fusi yang terus berlangsung, maka bagian intinya akan mengalami ledakan supernova. Jika massa awal bintang ini lebih dari tiga kali massa matahari, maka kami dapat terbentuk. Jika kurang dari itu, maka bintang mati lah yang akan terbentuk seperti bintang katai putih dan bintang neutron. Ini berbeda dengan si Primordial karena dia terbentuk pertama kali setelah Big Bang. Lain lagi dengan si Supermasif, karena sangat berat, ilmuwan percaya bahwa dia lahir dengan cara yang berbeda. Salah satu teorinya adalah dia terbentuk karena runtuhnya sekumpulan bintang, bukan hanya satu.

Secara umum, kami hanya memiliki dua bagian tubuh, yaitu singularitas dan event horizon. Singularitas adalah pusat bagian tubuh kami di mana gravitasinya sangat kuat dan tidak ada yang tahu di dalamnya. Sedangkan event horizon adalah bagian terluar tubuh kami yang menjadi batas aman agar benda-benda tidak terhisap dan masuk ke singularitas. Jadi selama kalian tidak memasuki event horizon kami, kalian masih bisa lari dan tidak terhisap selamanya. Tapi ada yang unik dari saudaraku Kerr, dia memiliki bagian tubuh yang disebut sebagai ergosphere di dalam event horizon. Jadi kalau kalian terhisap olehnya, kalian akan berputar dulu di dalam ergosphere sebelum kalian masuk terhisap ke singularitas. Kerr-Newman juga memiliki bagian tubuh yang sama seperti Kerr karena mereka sama-sama hobi berputar. Namun, apa kalian ingat apa yang terjadi pada astronot yang terhisap oleh Gargantua, si Supermasif dalam film Interstellar? Di film itu sang astronot masuk ke event horizon dan terhisap ke singularitas. Di dalam singularitas, dia bisa melihat masa lalunya dan berusaha meberi pesan pada anaknya. Sebenarnya bagian cerita ini masih belum terbuktikan secara teori maupun eksperimen karena ilmu pengetahuan dan teknologi manusia belum mampu membongkar apa isi di dalam singularitas kami. Aku dan saudara-saudaraku memang masih merahasiakannya sampai manusia mampu membongkarnya sendiri.

Dalam tubuh kami memang masih menjadi misteri bagi manusia. Tetapi sekarang, para ilmuwan sudah cukup hebat dalam berusaha membongkar misteri di balik tubuh kami dengan teori-teori yang ada. Seperti yang Aku bilang sebelumnya, secara klasik kami hanya memiliki massa , muatan , dan momentum sudut . Tetapi manusia sekarang sudah mencoba menerapkan teori yang lebih moderm, yaitu teori kuantum untuk mempelajari kami. Teori kuantum memang biasa digunakan untuk mempelajari objek yang sangat kecil seperti partikel elementer yang menyusun inti atom. Oleh karena itu, teori kuantum juga bisa digunakan untuk mempelajari kami. Berdasarkan teori kuantum, Aku sebenarnya bisa meradiasikan partikel. Radiasi ini dikenal dengan nama radiasi Hawking. Karena berdasarkan teori kuantum Aku bisa meradiasikan sesuatu, maka Aku juga bisa memiliki suhu tertentu yang dikenal dengan temperatur Hawking. Di dalam ilmu fisika, suatu sistem termal yang memiliki suhu tertentu pasti juga memiliki derajat ketidakteraturan atau entropi. Semakin tinggi suhu suatu sistem, maka entropinya juga akan semakin tinggi. Jadi berdasarkan teori kuantum, Aku sekarang sudah berambut karena bisa meradiasikan partikel dengan suhu tertentu dan entropi tertentu juga melalui event horizon. Berdasarkan teori kuantum juga, ukuran tubuhku juga bisa berubah karena tidak hanya menghisap benda, Aku juga bisa mengeluarkannya melalui radiasi Hawking. Manusia memang hebat sampai bisa membongkar rahasia kami sampai sejauh ini.

Ini hanya sedikit cerita tentang diriku dan suadara-saudaraku yang bisa Aku ceritakan. Sebenarnya masih ada banyak sekali hal yang belum Aku ceritakan dan belum bisa diungkap oleh manusia. Ini bukan karena manusia tidak mampu, tapi memang semua butuh kesabaran agar bisa diungkapkan. Sebagaimana cerita astronot dalam film Interstellar, setelah anaknya menjadi dewasa, ilmu pengetahuan dan teknologi sudah sangat berkembang sehingga sang astronot dapat diselamatkan. Aku percaya generasi manusia di dunia nyata di masa mendatang akan bisa mengungkap hal lain tentang diriku yang belum bisa terungkapkan sampai saat ini.



Biodata Penulis

Nama : Muhammad Fitrah Alfian Rangga Sakti

Tempat, tanggal lahir : Jakarta, 8 Mei 1993

Pendidikan terakhir : S3 Ilmu Fisika dari Institut Teknologi Bandung

Pekerjaan : Peneliti paska doktoral

Afiliasi saat ini : Universitas Indonesia

Bidang penlitian : Fisika teoretik energi tinggi

E-mail : fitrahalfian@sci.ui.ac.id