Kebenaran Teori Albert Einstein Tentang Black Hole – Saat mengerjakan gelar doktornya dalam fisika teoretis pada awal 1970-an, Saul Teukolsky memecahkan masalah yang tampaknya murni hipotetis. Bayangkan sebuah lubang hitam, simpul gravitasi hantu yang terbentuk ketika, katakanlah, sebuah bintang masif terbakar dan runtuh ke titik yang sangat kecil. Misalkan Anda mengganggunya, karena Anda mungkin membunyikan bel. Bagaimana tanggapan lubang hitam?
Kebenaran Teori Albert Einstein Tentang Black Hole
diodati – Teukolsky, kemudian seorang mahasiswa pascasarjana di California Institute of Technology (Caltech), menyerang masalah dengan pensil, kertas, dan teori gravitasi Albert Einstein, relativitas umum. Seperti bel, lubang hitam akan berosilasi pada satu frekuensi utama dan beberapa nada tambahan.
Baca Juga : 5 Misteri Teratas yang Belum Terpecahkan di Luar Angkasa
Osilasi akan dengan cepat memudar saat lubang hitam memancarkan gelombang gravitasi riak di jalinan ruang itu sendiri. Itu masalah yang manis, kata Teukolsky, sekarang di Universitas Cornell. Dan itu benar-benar abstrak sampai 5 tahun yang lalu.
Pada bulan Februari 2016, para peneliti dengan Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), sepasang instrumen besar di Louisiana dan Washington, melaporkan pengamatan pertama riak gravitasi sekilas , yang berasal dari dua lubang hitam, masing-masing sekitar 30 kali lebih masif. sebagai Matahari, saling berputar sejauh 1,3 miliar tahun cahaya. LIGO bahkan merasakan “ring down”: getaran dari lubang hitam yang lebih besar yang dihasilkan oleh penggabungan. Tesis lama Teukolsky tiba-tiba menjadi fisika mutakhir.
“Pemikiran bahwa apa pun yang saya lakukan akan berimplikasi pada apa pun yang dapat diukur dalam hidup saya sangat dibuat-buat sehingga 5 tahun terakhir terasa seperti hidup di dunia mimpi,” kata Teukolsky. “Aku harus mencubit diriku sendiri, rasanya tidak nyata.”
Fantastis meskipun tampaknya, para ilmuwan sekarang dapat mempelajari lubang hitam sebagai benda nyata. Detektor gelombang gravitasi telah melihat empat lusin penggabungan lubang hitam sejak deteksi terobosan LIGO. Pada April 2019, sebuah kolaborasi internasional bernama Event Horizon Telescope (EHT) menghasilkan gambar lubang hitam pertama .
Dengan melatih teleskop radio di seluruh dunia pada lubang hitam supermasif di jantung galaksi terdekat Messier 87 (M87), EHT mencitrakan cincin gas panas yang berapi-api yang mengelilingi “bayangan” lubang hitam yang bertinta. Sementara itu, para astronom melacak bintang-bintang yang berada di dekat lubang hitam di pusat galaksi kita sendiri , mengikuti jalur yang mungkin menyimpan petunjuk tentang sifat lubang hitam itu sendiri.
Pengamatan tersebut telah menantang asumsi ahli astrofisika tentang bagaimana lubang hitam terbentuk dan memengaruhi lingkungannya. Lubang hitam yang lebih kecil terdeteksi oleh LIGO dan, sekarang, detektor gelombang gravitasi Eropa Virgo di Italia telah terbukti lebih berat dan lebih bervariasi dari yang diharapkan, mempertegang pemahaman astrofisikawan tentang bintang-bintang masif dari mana mereka mungkin terbentuk.
Dan lingkungan di sekitar lubang hitam supermasif di Galaksi kita ternyata sangat subur, penuh dengan bintang-bintang muda yang diperkirakan tidak akan terbentuk dalam pusaran seperti itu. Tetapi beberapa ilmuwan merasakan tarikan dari pertanyaan yang lebih mendasar: Apakah mereka benar-benar melihat lubang hitam yang diprediksi oleh teori Einstein?
Beberapa ahli teori mengatakan jawabannya kemungkinan besar adalah ya. “Saya rasa kita tidak akan belajar lebih banyak tentang relativitas umum atau teori lubang hitam dari semua ini,” kata Robert Wald, ahli teori gravitasi di University of Chicago. Yang lain tidak begitu yakin.
“Apakah lubang hitam benar-benar sama seperti yang Anda harapkan dengan relativitas umum atau berbeda?” tanya Clifford Will, ahli teori gravitasi di University of Florida. “Itu akan menjadi pendorong utama pengamatan di masa depan.” Anomali apa pun akan membutuhkan pemikiran ulang teori Einstein, yang fisikawan curigai bukanlah kata terakhir tentang gravitasi, karena tidak sesuai dengan landasan fisika modern lainnya, mekanika kuantum.
Meskipun sangat kecil kemungkinannya, akan sangat penting jika kita menemukan adanya penyimpangan [dari relativitas umum].
Dengan menggunakan berbagai teknik, para peneliti telah memperoleh pandangan yang berbeda dan saling melengkapi dari benda-benda aneh ini, kata Andrea Ghez, astrofisikawan di University of California, Los Angeles, yang berbagi Hadiah Nobel Fisika 2020 karena menyimpulkan keberadaan lubang hitam supermasif di jantung galaksi kita. “Kami masih jauh dari menyatukan gambaran lengkap,” katanya, “tapi kami pasti mendapatkan lebih banyak potongan teka-teki.”
TERDIRI DARI energi gravitasi murni, lubang hitam adalah bola kontradiksi. Itu tidak mengandung materi, tetapi, seperti bola bowling, memiliki massa dan dapat berputar. Ia tidak memiliki permukaan, tetapi memiliki ukuran. Itu berperilaku seperti objek yang mengesankan dan berbobot, tetapi sebenarnya hanyalah wilayah ruang yang aneh.
Atau begitulah kata relativitas umum, yang diterbitkan Einstein pada tahun 1915. Dua abad sebelumnya, Isaac Newton mengemukakan bahwa gravitasi adalah gaya yang entah bagaimana mencapai ruang angkasa untuk menarik benda-benda masif satu sama lain. Einstein menjelaskan lebih dalam dan berpendapat bahwa gravitasi muncul karena benda masif seperti bintang dan planet melengkungkan ruang dan waktu lebih tepatnya, ruangwaktu menyebabkan lintasan objek yang jatuh bebas melengkung menjadi, katakanlah, busur parabola bola yang dilempar.
Prediksi awal relativitas umum hanya sedikit berbeda dari teori Newton. Sementara Newton meramalkan bahwa sebuah planet harus mengorbit bintangnya dalam bentuk elips, relativitas umum memprediksi bahwa orientasi elips harus maju sedikit, atau mendahului, dengan setiap orbit. Dalam kemenangan pertama teori ini, Einstein menunjukkan bahwa ia bertanggung jawab atas presesi orbit planet Merkurius yang sebelumnya tidak dapat dijelaskan. Hanya beberapa tahun kemudian fisikawan menyadari bahwa teori tersebut juga menyiratkan sesuatu yang jauh lebih radikal.
Pada tahun 1939, ahli teori J. Robert Oppenheimer dan rekan menghitung bahwa ketika sebuah bintang yang cukup masif terbakar, tidak ada kekuatan yang diketahui dapat menghentikan intinya agar tidak runtuh ke titik yang sangat kecil, meninggalkan medan gravitasinya sebagai lubang permanen di ruangwaktu. Dalam jarak tertentu dari suatu titik, gravitasi akan menjadi sangat kuat sehingga cahaya pun tidak dapat lolos.
Apa pun yang lebih dekat akan terputus dari sisa alam semesta, David Finkelstein, seorang ahli teori di Caltech, berpendapat pada tahun 1958. “Cakrawala peristiwa” ini bukanlah permukaan fisik. Seorang astronot yang jatuh melewatinya tidak akan melihat sesuatu yang istimewa. Namun demikian, menurut Finkelstein, yang meninggal hanya beberapa hari sebelum pengumuman LIGO pada tahun 2016, cakrawala akan bertindak seperti membran satu arah, membiarkan sesuatu masuk, tetapi mencegah apapun keluar.
Menurut relativitas umum, objek-objek ini yang akhirnya dinamai lubang hitam oleh ahli teori terkenal John Archibald Wheeler seharusnya juga menunjukkan kesamaan yang mengejutkan. Pada tahun 1963, Roy Kerr, seorang ahli matematika dari Selandia Baru, menemukan bagaimana lubang hitam yang berputar dengan massa tertentu akan melengkung dan memutar ruangwaktu.
Yang lain segera membuktikan bahwa, dalam relativitas umum, massa dan putaran adalah satu-satunya karakteristik yang dimiliki lubang hitam, menyiratkan bahwa rumus matematika Kerr, yang dikenal sebagai metrik Kerr, menjelaskan setiap lubang hitam yang ada. Wheeler menjuluki hasilnya teorema tanpa rambut untuk menekankan bahwa dua lubang hitam dengan massa dan putaran yang sama sama sulitnya dibedakan dengan pates botak. Wheeler sendiri botak, catat Teukolsky, “jadi mungkin itu botak kebanggaan.”
Beberapa fisikawan menduga lubang hitam mungkin tidak ada di luar imajinasi ahli teori, kata Sean Carroll, ahli teori di Caltech. Skeptis berpendapat bahwa lubang hitam mungkin merupakan artefak matematika halus relativitas umum, atau bahwa mereka mungkin hanya terbentuk dalam kondisi yang tidak realistis, seperti runtuhnya bintang bulat sempurna.
Namun, pada akhir 1960-an, Roger Penrose, seorang ahli teori di Universitas Oxford, menghilangkan keraguan tersebut dengan matematika yang ketat, di mana ia berbagi Hadiah Nobel Fisika 2020. “Penrose benar-benar membuktikan bahwa, tidak, tidak, bahkan jika Anda memiliki benda yang menggumpal, selama kepadatannya cukup tinggi, benda itu akan runtuh menjadi lubang hitam,” kata Carroll.
Tak lama kemudian, para astronom mulai melihat tanda-tanda lubang hitam yang sebenarnya. Mereka melihat sumber sinar-x kecil, seperti Cygnus X-1, masing-masing mengorbit bintang. Ahli astrofisika menyimpulkan bahwa sinar-x berasal dari gas yang mengalir dari bintang dan memanas saat jatuh ke objek misterius tersebut.
Temperatur gas dan detail orbit menyiratkan bahwa sumber sinar-X terlalu masif dan terlalu kecil untuk menjadi lubang hitam. Alasan serupa menyarankan quasar, galaksi jauh yang memuntahkan radiasi, ditenagai oleh lubang hitam supermasif di pusatnya.
Tapi tidak ada yang bisa memastikan bahwa lubang hitam itu benar-benar seperti yang digambarkan oleh para ahli teori, catat Feryal Özel, astrofisikawan di University of Arizona (UA). Misalnya, “Sangat sedikit yang telah kami lakukan sejauh ini untuk memastikan adanya cakrawala peristiwa,” katanya. “Itu pertanyaan terbuka.”
Kini, dengan berbagai cara untuk mengamati lubang hitam, para ilmuwan dapat mulai menguji pemahaman mereka dan mencari kejutan yang dapat merevolusi fisika. “Meskipun sangat tidak mungkin, akan sangat penting jika kami menemukan bahwa ada penyimpangan” dari prediksi relativitas umum, kata Carroll. “Ini adalah pertanyaan yang sangat berisiko dan bernilai tinggi.”