Tahun lalu di dunia sains ramai diberitakan sebuah kejadian penting, yaitu tentang ilmuwan yang berhasil memotret lubang hitam (black hole) untuk pertama kali. Apa itu lubang hitam? Kenapa lubang ini jadi demikian penting? Kenapa pula ia hitam? Apa untungnya kalau ilmuwan berhasil memotretnya?

Lubang hitam sebenarnya bukan lubang. Justru sebaliknya, ia adalah sebuah benda padat, yang sangat padat. Demikian padat sehingga gravitasi yang ia miliki sangat kuat; demikian kuat sehingga apa pun yang berada di bawah pengaruh gravitasinya akan disedot olehnya, tidak bisa pergi meninggalkannya. Pun termasuk cahaya.

Seberapa padatkah lubang ini? Ilustrasinya, kalau semua materi di Bumi ini dipadatkan hingga sepadat lubang hitam, maka ukuran bumi ini hanya sebesar koin.

Benda-benda di ruang angkasa biasa diamati melalui cahaya yang ia pancarkan. Bintang-bintang bisa diamati karena memancarkan cahaya. Benda-benda lain seperti planet, bulan dan asteroid tidak punya sumber cahaya, tapi mereka memantulkan cahaya yang diterima oleh bintang. Lubang hitam tidak demikian. Ia tidak memantulkan cahaya. Semua cahaya yang datang diserapnya. Dalam ilmu fisika, sebuah benda terlihat berwarna tertentu karena memantulkan cahaya yang berwarna tertentu. Bila menyerap semua cahaya, sebuah benda akan berwarna hitam.

Karena tidak memancarkan cahaya, pengamatan terhadap lubang hitam menjadi sangat sulit. Perlu teknologi tinggi untuk melakukannya. Karena itu setelah puluhan tahun mencoba dan mencari, baru tahun lalu ilmuwan bisa memotretnya.

Sebelum kita jauh-jauh membahas bagaimana ilmuwan bisa mengamati lubang hitam, saya akan jelaskan dulu apa itu lubang hitam. Meski baru bisa diamati sekarang, lubang hitam sudah lama diteorikan. Gagasan tentang adanya benda dengan sifat seperti lubang hitam ini sudah disampaikan oleh astronom John Michell pada 1784, tapi tidak mendapat banyak perhatian.

Di tahun 1920-an Einstein menyampaikan gagasannya tentang teori relativitas yang juga berhubungan dengan gravitasi. Dari persamaan matematis yang disampaikan Einstein itu, Karl Schwarzschild meramalkan adanya suatu titik yang mahapadat, yang gravitasinya sangat kuat. Ada lagi sejumlah perhitungan teoretis yang dibuat oleh ilmuwan lain, tapi pada masa itu tidak ada yang menghadirkan bukti dari hasil pengamatan. Tanpa hasil pengamatan, semua perhitungan tadi hanyalah imajinasi matematika belaka.

Tapi apa itu lubang hitam? Gravitasi membuat semua benda di alam semesta ini tarik-menarik. Setelah Big Bang, partikel-partikel materi mulai terbentuk. Mulanya partikel elementer yang sangat kecil, kemudian terbentuk proton, elektron, dan netron. Satu proton yang bermuatan positif dan satu elektron yang bermuatan negatif berikatan akibat gaya listrik yang bekerja antara keduanya, membentuk atom hidrogen, atom yang paling sederhana. Atom-atom dan partikel-partikel bergerak dalam kecepatan tinggi, saling bertabrakan. Tabrakan dengan kecepatan mahatinggi itu menghasilkan reaksi fusi, yaitu penggabungan atom-atom.

Baca juga:  Kolom: Gaya dan Hukum Newton

Reaktor tempat terjadinya reaksi fusi adalah bintang-bintang. Atom-atom hidrogen dan berbagai partikel, yaitu netron dan elektron, yang terbentuk tadi berkumpul, saling tarik-menarik, dan bergerak dengan kecepatan mahatinggi. Dalam gerakan acak itu terjadilah tumbukan antaratom. Tumbukan itu menghasilkan reaksi fusi, yaitu bergabungnya inti atom, membentuk atom baru. Atom hidrogen yang bertumbukan membentuk isotop hidrogen berat, yang intinya berupa satu proton dan satu netron. Isotop-isotop ini bertabrakan lagi, menghasilkan atom yang lebih berat, yaitu helium. Helium memiliki inti yang terdiri dari 2 netron dan 2 proton.

Reaksi inti tadi menghasilkan energi yang sangat besar, menimbulkan panas yang sangat tinggi. Suhu di inti matahari mencapai 15 juta derajat. Panas yang demikian tinggi ini menghasilkan tekanan, yang mendorong partikel-partikel tadi bergerak keluar, melawan gaya gravitasi yang mendorong mereka untuk berkumpul. Pada sebuah bintang, keseimbangan antara gaya tarik gravitasi dan gaya dorong tekanan membuat bintang itu terjaga bentuknya, yaitu sebuah bola yang mahapanas.

Tapi bintang itu tidak abadi. Pada bintang berukuran kecil dan sedang seperti matahari kita, reaksi tadi suatu saat akan berhenti. Kalau tak ada lagi hidrogen, setelah semuanya bereaksi membentuk helium, maka bintang itu akan kehilangan gaya dorong. Atom-atom akan berkumpul membentuk padatan yang sangat padat, dan sedikit berpendar akibat sisa energi fusi tadi. Padatan ini disebut liliput putih (white dwarf).

Pada bintang yang lebih besar, kira-kira berukuran 25 kali matahari kita, reaksi inti tidak berhenti pada helium. Atom-atom helium akan bergabung membentuk atom yang lebih besar, yaitu berilium. Selanjutnya atom-atom akan terus berfusi membentuk atom lain yang lebih besar, begitu terus, sampai terbentuk atom besi.

Nah, atom-atom besi ini tidak lagi dapat bergabung melalui reaksi fusi karena energi yang tersedia tidak cukup. Sama seperti bintang kecil tadi, bintang besar ini akan kehilangan keseimbangan karena tak ada lagi gaya dorong keluar. Atom-atom tadi akan bergerak, saling tarik-menarik, berkumpul pada suatu titik, lalu meledak. Ledakan ini disebut supernova, dan sudah biasa diamati manusia sejak abad pertengahan.

Baca juga:  Kolom: Mengukur Temperatur dengan Termometer Inframerah

Setelah ledakan tadi, atom-atom yang tersisa akan membentuk padatan yang sangat rapat sehingga gravitasinya sangat kuat. Inilah lubang hitam.

Karena lubang hitam bersifat menarik apa saja yang ada di dekatnya, maka ia bisa saja menyedot lalu menelan sebuah planet, atau bahkan bintang. Bisa pula dua lubang hitam yang berdekatan, tarik-menarik, kemudian bergabung menjadi satu. Ini yang disebut tabrakan lubang hitam.

Ada lagi bentuk lain lubang hitam, yang tidak berasal dari sisa ledakan bintang. Mirip dengan terbentuknya bintang tadi, partikel-partikel bergerak tarik-menarik, berkumpul, langsung membentuk padatan, tanpa lebih dahulu membentuk bintang. Jadi, menurut teori, ada lubang hitam yang terbentuk langsung dari proses Big Bang, dan lubang hitam jenis ini jauh lebih besar dari yang dibentuk melalui supernova tadi.

Tapi apa bukti teori itu? Itulah yang mendorong ilmuwan untuk mencari lubang hitam. Bagaimana caranya? Bagaimana mungkin melihat sesuatu yang hitam? Nah, ini yang menarik.

Bagaimana kita bisa melihat sesuatu yang hitam? Sebenarnya kita tidak bisa melihatnya. Yang bisa kita lihat adalah sesuatu yang memantulkan cahaya. Benda hitam yang kita lihat sehari-hari sebenarnya tidak benar-benar hitam. Masih ada pantulan cahaya dari benda itu sehingga kita masih bisa melihatnya.

Bila sebuah benda benar-benar hitam, bagaimana kita bisa melihatnya? Yang kita lihat adalah tepinya. Tepi itu batas antara yang hitam dan yang tidak. Kita tidak bisa melihat benda hitam, tapi kita bisa melihat batas itu. Itulah yang dipakai oleh ilmuwan untuk melihat lubang hitam.

Di dekat sebuah lubang hitam, segala sesuatu akan tersedot. Tapi ada batas, di luar batas itu sesuatu bisa tidak tersedot. Gas-gas yang bergerak di sekitar batas itulah yang berpendar, menghasilkan cahaya yang bisa diamati.

Lubang hitam yang berhasil dipotret ini berukuran sangat besar dan sangat jauh. Jaraknya 54 juta tahun cahaya dari kita.

Kolom TEMAN SEKELAS tayang saban Rabu dan akan konsisten membahas topik-topik sains. Yang pengin nanya seputar ilmu pengetahuan alam, silakan tuliskan keresahan Anda di kolom komentar. Pertanyaan paling menarik akan dijawab di edisi selanjutnya.