Penjelasan Lubang Hitam (Black Hole)

Pada Bulan JULI 2006 menjadi bulan bersejarah dunia astrofisika karena Stephen Hawking yang pertama kali mengemukakan teka-teki paradoks lubang hitam menyampaikan perubahan pandangannya. Paradoks informasi yang berumur 30 tahun ini menyatakan bahwa informasi yang masuk lubang hitam akan lenyap bersama lenyapnya lubang hitam. 

Tahun 1975, penulis buku terkenal A Brief History of Time (Buku ini telah diterjemahkan dengan judul Riwayat Sang Kala) ini menyatakan bahwa lubang hitam bisa kehilangan massa dengan radiasi. Saat itu Hawking percaya bahwa benda apa pun yang terjebak dalam gravitasi lubang hitam tidak bisa lagi ditelusuri. 

Namun, dalam konferensi internasional tentang Relativitas Umum dan Gravitasi ke-17, Juli 2004, Hawking mengumumkan apa yang ia percayai keliru. Menurut dia, informasi yang ditelan lubang hitam mungkin bisa ditelusuri kembali dalam bentuk yang membingungkan. Ini memungkinkan penyatuan teori gravitasi dan mekanika kuantum. 

Keunikan lubang hitam

 

Untuk mengerti dan mengapresiasi pentingnya paradoks informasi ini dalam ilmu fisika harus perlu dipahami apa dan sifat-sifat lubang hitam. 

Lubang hitam adalah benda angkasa yang terbentuk sedemikian rupa sehingga memiliki gaya tarik besar sekali. Tidak sesuatu pun dalam jangkauan medan gravitasinya akan terbebas dari gaya tariknya. 

Lubang hitam bisa terbentuk dari sebuah bintang tua. Pada bintang-kumpulan gas-gas partikel-terjadi reaksi fusi nuklir pada pusatnya yang memampukan partikel-partikel gas tadi untuk tidak tertarik ke pusat bintang oleh gravitasinya sendiri. Jika bahan bakar reaksi fusi habis, gaya dorong ke luar tidak lagi dihasilkan. Akibatnya, partikel-partikel gas akan tersedot ke pusat gravitasi dan menekan seluruh massa bintang jadi lubang hitam.

Medan gravitasi lubang hitam memiliki lapisan pembatas yang jelas membedakan kedua sisi dari batas tersebut. Membran yang menandai batas point of no return ini dikenal sebagai cakrawala peristiwa. 

Misalkan dua pemuda, Agus dan Kocu, mengendarai pesawat antariksa bisa mencapai membran ini. Secara tak sengaja Agus melampaui batas. Dengan kepastian 100 persen Agus akan bergerak makin cepat jatuh ke lubang hitam. Ia memiliki kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Ia tak mungkin memberi syarat dengan kilatan cahaya karena cahaya pun ditarik lubang hitam.  

Akibat efek perlambatan waktu pada relativitas khusus, Kocu tidak melihat Agus jatuh semakin cepat, melainkan semakin lambat dan akhirnya berhenti. Lebih aneh lagi Kocu akan melihat tubuh Agus menjadi pipih gepeng akibat efek kontraksi panjang. Dari luar cakrawala peristiwa, Kocu akan melihat lubang hitam seperti tempat sampah penuh barang. 

Keunikan lubang hitam lain adalah tidak hitam, melainkan berwarna. Pada paper-nya tahun 1976, Hawking menunjukkan bahwa permukaan cakrawala peristiwa memiliki suhu sekitar 10 biliun derajat. Kondisi ini memungkinkan lubang hitam memancarkan radiasi-disebut radiasi Hawking. Jadi, lubang hitam dapat meluruh sampai massanya hilang.

 

Radiasi terjadi akibat proses produksi pasangan di cakrawala peristiwa. Dalam teori Dirac, ruang vakum adalah lautan partikel dan anti-partikel yang dari dalam secara virtual mungkin tercipta pasangan partikel dan anti-partikel yang kemudian lenyap jika keduanya menyatu. Jika proses ini terjadi pada daerah cakrawala peristiwa dan salah satu partikel yang tercipta ada dalam cakrawala peristiwa dan yang lain di luar, maka partikel yang di luar akan mungkin lepas sebagai radiasi Hawking. 

Letak paradoksnya

Jika informasi benar-benar hilang dalam lubang hitam, maka ada beberapa prinsip mekanika kuantum yang dilanggar. Yang pertama adalah prinsip mikroreversibilitas. 

Menurut mekanika kuantum, setiap proses fisis dapat dibalik kejadiannya. Maka informasi akhir bisa digunakan menelusuri informasi awal proses. Lubang hitam adalah sumber irreversibilitas di semesta karena salah satu pasangan partikel yang tercipta pada produksi pasangan berada di luar cakrawala peristiwa tidak mengandung bit informasi tentang apa yang terjadi di sisi dalam cakrawala peristiwa. 

Prinsip selanjutnya yang dilanggar adalah unitarity. Propagasi informasi dari keadaan awal ke keadaan akhir secara matematis mengalami evolusi yang unitary. Artinya, fluks dijamin utuh. Menurut Preskill, profesor informasi kuantum di California Institute of Technology (Caltech), yang terjadi pada lubang hitam adalah keadaan awal informasi yang murni berevolusi menjadi keadaan yang bercampur. Keadaan ini melanggar prinsip unitarity.

Lebih parah lagi, prinsip kekekalan energi juga harus dilanggar. Dalam kekekalan energi hilangnya informasi dalam bentuk materi harus diiringi terciptanya energi sangat besar. Jika paradoks ini benar, alam semesta akan bersuhu sekitar 1031 derajat hanya dalam beberapa detik, yang dalam kenyataan tidak terjadi. 

Solusi yang menjanjikan

Apa benar informasi yang masuk ke cakrawala peristiwa akan lenyap ditelan lubang hitam? Benarkah pengamatan Agus dari dalam cakrawala peristiwa berbeda dengan pengamatan Kocu di luarnya? Ataukah keduanya saling melengkapi sehingga obyek yang jatuh ke dalam lubang hitam akan terurai secara termal dan energinya disebarkan merata ke permukaan cakrawala peristiwa dan ke luar dalam bentuk radiasi Hawking?

Kemungkinan pemecahan teka-teki ini datang dari teori fisika yang kini berkembang pesat: teori string (dawai). Dua fisikawan besar yang bekerja pada bidang ini: Leonard Susskind dari Amerika dan Gerald t’Hooft dari Belanda membuat postulat baru yang digabungkan dengan postulat pada teori relativitas. Postulat ini dikenal dengan prinsip complementarity pada lubang hitam. 

Dengan prinsip complementarity, teori dawai punya cara untuk menjelaskan bahwa informasi yang masuk lubang hitam tidak hilang melainkan diduplikasikan ke permukaan cakrawala peristiwa.

Misalkan sebuah atom jatuh ke lubang hitam. Karena atom ini mengalami percepatan yang tinggi sekali, maka yang tampak pertama kali adalah inti atom yang dikelilingi oleh awan elektron kabur. Semakin mendekati lubang hitam, gerak elektron akan semakin lambat dan akibatnya elektron akan semakin terlihat jelas. Beberapa saat berikutnya munculah partikel penyusun inti, proton dan neutron, diikuti quark.

Pada bagian ini teori dawai melengkapi penjelasan yang hilang sebelumnya. Teori dawai percaya bahwa bahan penyusun materi yang fundamental bukanlah quark melainkan dawai yang berukuran 1/1.020 kali ukuran proton.

Dawai digambarkan seperti sehelai karet yang bisa bergetar. Frekuensi getarannya bisa bersuperposisi dengan sesamanya dan mode getaran yang berbeda menghasilkan partikel-partikel elementer berbeda pula. Jika frekuensi tinggi yang dimiliki kawat berhenti, kawat semakin melar.

Dalam gambaran atom, setelah quark muncullah kumpulan dawai penyusun atom sesungguhnya dan dalam waktu singkat kumpulan dawai akan melar lalu memenuhi permukaan cakrawala peristiwa. Ini berlaku untuk semua materi yang masuk lubang hitam.

Jadi bagi Agus yang jatuh ke dalam lubang hitam, ia tidak melihat perubahan selain kemusnahan dirinya dan obyek-obyek lain dalam lubang hitam. Sementara bagi Kocu, ia sama sekali tidak melihat bahwa informasi yang masuk hilang melainkan tersebar pada permukaan cakrawala peristiwa. Inilah keunggulan prinsip complementarity.

Meskipun sulit dibuktikan secara eksperimen, banyak kelompok teori dari universitas ternama seperti Harvard, Princeton, dan MIT di AS telah mengonfirmasikan hasil perhitungan mereka dengan menggunakan prinsip baru ini. 

 

Semoga Bermanfaat !!

The Legend Of Nkp

Read more »

Posted in: Astronomi

Lubang Hitam Termuda Ditemukan

Para astronom berhasil mengambil citra lubang hitam yang masih fresh, baru saja "dilahirkan" alias terbentuk. Pengambilan citra lubang hitam yang berjarak 50 juta tahun cahaya dari Bumi itu dilakukan dengan bantuan teleskop luar angkasa Chandra X-Ray.

Lubang hitam itu diketahui terbentuk dari supernova bernama SN1979C yang terletak di galaksi M100. Supernova SN1979C terbentuk dari ledakan sebuah bintang pada tahun 1979 yang berhasil diamati oleh seorang astronom amatir asal Amerika Serikat.

Dalam kurun waktu 30 tahun, para astronom memperkirakan bahwa lubang hitam ini telah menghisap massa gas yang setara dengan massa bumi. "Lubang hitam ini seperti pemakan planet dalam film Star Trek," kata Kimberly Weaver, astrofisikawan NASA yang terlibat dalam observasi ini.

Avi Loeb, astronom lain, mengatakan, "Ini adalah kali pertama kita bisa melihat lubang hitam yang baru saja terbentuk. Dengan penemuan ini, kita bisa mempelajari sebuah lingkungan yang tidak bisa direkayasa di laboratorium, hanya ada di alam semesta."

Penemuan ini juga berbeda dengan penemuan lubang hitam yang lain sebab para astronom secara pasti mengetahui waktu terbentuknya lubang hitam serta bisa menyaksikan kelahiran dan perkembangan lubang hitam tersebut sejak "bayi". Bisa dikatakan bahwa lubang hitam ini merupakan lubang hitam termuda yang pernah ditemukan.

Dengan mempelajari lubang hitam ini, ilmuwan bisa memahami tentang mekanisme ledakan massif dari suatu bintang, jumlah lubang hitam yang ada di alam semesta, dan seberapa banyak materi yang tersisa dari sebuah ledakan bintang.

Adapun Lubang hitam merupakan pemusatan massa di suatu daerah di luar angkasa yang menghasilkan gaya gravitasi tinggi sehingga tidak ada satu pun zat, termasuk cahaya, yang mampu lari darinya. Lubang hitam itu menghisap seluruh materi sisa-sisa ledakan bintang.

Hasil observasi ini dupublikasikan dalam jurnal New Astronomy yang terbit baru-baru ini. Para peneliti yang terlibat adalah Weaver, Loeb, Christine Jones, dan Daniel Patnaude dari Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Semoga Bermanfaat !!

The Legend Of Nkp

Read more »

Posted in: Astronomi

Lubang Hitam Raksasa Mampu Menelan Sistem Tata Surya

INILAH.COM, Jakarta- Ilmuwan menemukan lubang hitam di alam semesta yang mampu menelan sistem tata surya. Lubang hitam ini memiliki bobot setara 6,8 miliar matahari. Apa lagi kehebatannya?

Lubang hitam M87 memiliki ukuran empat kali orbit Neptunus dan objek terbesar yang mampu teridentifikasi hingga saat ini. Ilmuwan menggunakan teleskop di Hawaii untuk mengamati dan menemukan bahwa lubang hitam itu dua kali berat yang diperkirakan sebelumnya. M87 terletak 50 juta tahun cahaya dari Bumi.

Ilmuwan mengatakan bahwa lubang hitam itu terbentuk dari ratusan lubang hitam kecil yang bersinergi satu sama lain.

"Ini dapat menelan seluruh tata surya kita," ujar astronom Karl Gebhardt dari University of Texas, Austin.

Astronom George Djorgovski dari California Institute of Technology di Pasadena yang juga turut serta dalam studi ini memaparkan bahwa penelitian dari lubang hitam tidak hanya berfungsi mencari deskripsi alam semesta.

"Pengamatan masa depan dapat membantu kita membuktikan soal lubang hitam sebenarnya. Hingga saat ini, tidak ada bukti pengamatan langsung dari eksistensi lubang hitam. Kita hanya menemukan tanda saja," ujar Djorgovski. [mah]

Semoga Bermanfaat !!

The Legend Of Nkp

Read more »

Posted in: Astronomi

Susunan Atmosfir Yang Benar – Benar Terukur

Bagi Anda, bernafas mungkin tidak lebih daripada menghirup udara dan kemudian mengembuskannya kembali. Tetapi, agar proses ini dapat berlangsung dengan baik, telah dibangun sistem yang sempurna dalam segala segi. Kita tidak perlu melakukan usaha sedikit pun untuk bernafas. Bahkan, kebanyakan orang mungkin sama sekali tidak pernah memikirkan secara sadar proses ini. Semua orang perlu bernafas secara terus-menerus, sejak kita hadir di dunia ini sampai kita meninggal. Semua keadaan yang dibutuhkan, baik di dalam tubuh maupun di lingkungan kita, telah diciptakan oleh Allah, dan karenanya, kita dapat bernafas dengan mudah.

        Pertama sekali, agar manusia dapat bernafas, keseimbangan gas-gas dalam lapisan udara bumi haruslah diatur dengan tepat. Perubahan yang tipis saja di dalam keseimbangan ini dapat mengakibatkan hal yang fatal. Namun, gangguan itu tidak terjadi sama sekali, karena atmosfer bumi merupakan campuran khas yang dirancang sebagai gabungan dari berbagai keadaan yang sangat khusus, yang semuanya berpadu sehingga berfungsi secara sempurna.

        Atmosfer bumi terdiri dari nitrogen (77 %), oksigen (21 %), karbondioksida (1 %), argon, dan gas-gas lainnya. Marilah kita mulai dengan yang terpenting di antara semua gas ini, yaitu oksigen.

        Oksigen sangat penting karena makhluk hidup membutuhkan gas ini agar dapat hidup. Untuk memperoleh oksigen, kita bernafas. Perbandingan oksigen di udara dipertahankan agar tetap berada dalam keseimbangan yang sangat halus dan cermat.

        Pemeliharaan keseimbangan perbandingan oksigen di atmosfer diwujudkan melalui sistem “daur ulang” yang sempurna. Ummat manusia dan hewan secara berkesinambungan menggunakan oksigen, sementara itu mereka menghasilkan dan mengeluarkan gas karbondioksida, yang bagi mereka bersifat racun. Tumbuh-tumbuhan, di lain pihak, melangsungkan proses yang justru merupakan kebalikannya, dan menjaga kelangsungan hidupnya dengan cara mengubah karbondioksida menjadi oksigen. Setiap hari, bermiliar-miliar ton oksigen dilepaskan ke atmosfer oleh tumbuh-tumbuhan dengan cara ini.

        Sekarang, jika manusia dan hewan melangsungkan reaksi kimia yang sama dengan tumbuh-tumbuhan, maka bumi, dalam waktu yang amat singkat, akan menjadi planet yang tak dapat dihuni makhluk hidup. Jika baik hewan maupun tumbuhan menghasilkan oksigen, atmosfer akan menjadi sangat mudah terbakar dan percikan api yang paling kecil sekali pun akan menyebabkan kebakaran yang hebat. Akhirnya, dengan skenario yang sedemikian, bumi akan tinggal jadi arang. Jika sebaliknya, baik tumbuhan maupun hewan sama-sama menghasilkan karbondioksida, akibatnya oksigen di atmosfer akan habis dengan cepat, dan dengan sendirinya, segera semua makhluk hidup akan menyongsong kematian karena tak bisa bernafas.

        Semua hal ini menunjukkan bahwa Allah menciptakan atmosfer bumi khusus bagi kehidupan manusia. Jagat raya bukan tempat yang kacau-balau tanpa kendali. Ini semua sudah direncanakan dengan sangat teperinci, dan Allah, pemilik kekuatan yang abadi, menjadikan semua itu ada.

Semoga Bermanfaat !!

The Legend Of Nkp

Read more »

Posted in: Astronomi

Masa Depan Bumi Saat Matahari Berevolusi

Perubahan iklim dan pemanasan global yang terjadi akhir-akhir ini menjadi salah satu efek yang sangat signifikan dalam perubahan kondisi Bumi selama beberapa dekade dan abad ke depan. Namun, bagaimana dengan nasib Bumi jika terjadi pemanasan bertahap saat Matahari menuju masa akhir hidupnya sebagai bintang katai putih? Akankah Bumi bertahan, ataukah masa tersebut akan menjadi masa akhir kehidupan Bumi? 

Milyaran tahun lagi, Matahari akan mengembang menjadi bintang raksasa merah. Saat itu, ia akan membesar dan menelan orbit Bumi. Akankah Bumi ditelan oleh Matahari seperti halnya Venus dan Merkurius? Pertanyaan ini telah menjadi diskusi panjang di kalangan astronom. Akankah kehidupan di Bumi tetap ada saat matahari menjadi Katai Putih? 

Berdasarkan perhitungan yang dilakukan K.-P. Schr¨oder dan Robert Connon Smith, ketika Matahari menjadi bintang raksasa merah, ekuatornya bahkan sudah melebihi jarak Mars. Dengan demikian, seluruh planet dalam di Tata Surya akan ditelan olehnya. Akan tiba saatnya ketika peningkatan fluks Matahari juga meningkatkan temperatur rata-rata di Bumi sampai pada level yang tidak memungkinkan mekanisme biologi dan mekanisme lainnya tahan terhadap kondisi tersebut.

Saat Matahari memasuki tahap akhir evolusi kehidupannya, ia akan mengalami kehilangan massa yang besar melalui angin bintang. Dan saat Matahari bertumbuh (membesar dalam ukuran), ia akan kehilangan massa sehingga planet-planet yang mengitarinya bergerak spiral keluar. Lagi-lagi pertanyaannya bagaimana dengan Bumi? Akankah Matahari yang sedang mengembang itu mengambil alih planet-planet yang bergerak spiral, atau akankah Bumi dan bahkan Venus bisa lolos dari cengkeramannya? 

Perhitungan yang dilakukan oleh K.-P Schroder dan Robert Cannon Smith menunjukan, saat Matahari menjadi bintang raksasa merah di usianya yang ke 7,59 milyar tahun, ia akan mulai mengalami kehilangan massa. Matahari pada saat itu akan mengembang dan memiliki radius 256 kali radiusnya saat ini dan massanya akan tereduksi sampai 67% dari massanya sekarang. Saat mengembang, Matahari akan menyapu Tata Surya bagian dalam dengan sangat cepat, hanya dalam 5 juta tahun. Setelah itu ia akan langsung masuk pada tahap pembakaran helium yang juga akan berlangsung dengan sangat cepat, hanya sekitar 130 juta tahun. Matahari akan terus membesar melampaui orbit Merkurius dan kemudian Venus. Nah, pada saat Matahari akan mendekati Bumi, ia akan kehilangan massa 4.9 x 1020 ton setiap tahunnya (setara dengan 8% massa Bumi). 

Perjalanan evolusi Matahari sejak lahir sampai akhir masa hidupnya sebagai bintang katai putih. Saat ini Matahari berada di deret Utama (Main Sequence) Setelah mencapai tahap akhir sebagai raksasa merah, Matahari akan menghamburkan selubungnya dan inti Matahari akan menyusut menjadi objek seukuran Bumi yang mengandung setengah massa yang pernah dimiliki Matahari. Saat itu, Matahari sudah menjadi bintang katai putih. Bintang kompak ini pada awalnya sangat panas dengan temperatur lebih dari 100 ribu derajat namun tanpa energi nuklir, dan ia akan mendingin dengan berlalunya waktu seiring dengan sisa planet dan asteroid yang masih mengelilinginya.

Zona Habitasi yang Baru 

Saat ini Bumi berada di dalam zona habitasi / layak huni dalam Tata Surya. Zona layak huni atau habitasi merupakan area di dekat bintang di mana planet yang berada di situ memiliki air berbentuk cair di permukaannya dengan temperatur rata-rata yang mendukung adanya kehidupan. Dalam perhitungan yang dilakukan Schroder dan Smith, temperatur planet tersebut bisa menjadi sangat ekstrim dan tidak nyaman untuk kehidupan, namun syarat utama zona habitasinya adalah keberadaan air yang cair.

Terbitnya bintang raksasa merah. Impresi artis. Sumber: Jeff Bryant’s Space Art. Tak dapat dipungkiri, saat Matahari jadi Raksasa Merah, zona habitasi akan lenyap dengan cepat. Saat Matahari melampaui orbit Bumi dalam beberapa juta tahun, ia akan menguapkan lautan di Bumi dan radiasi Matahari akan memusnahkan hidrogen dari air. Saat itu Bumi tidak lagi memiliki lautan. Tetapi, suatu saat nanti, ia akan mencair kembali. Nah saat Bumi tidak lagi berada dalam area habitasi, lantas bagaimana dengan kehidupan di dalamnya? Akankah mereka bertahan atau mungkin beradaptasi dengan kondisi yang baru tersebut? Atau itulah akhir dari perjalanan kehidupan di planet Bumi? 

Yang menarik, meskipun Bumi tak lagi berada dalam zona habitasi, planet-planet lain di luar Bumi akan masuk dalam zona habitasi baru milik Matahari dan mereka akan berubah menjadi planet layak huni. Zona habitasi yang baru dari Matahari akan berada pada kisaran 49,4 SA – 71,4 SA. Ini berarti areanya akan meliputi juga area Sabuk Kuipert, dan dunia es yang ada disana saat ini akan meleleh. Dengan demikian objek-objek disekitar Pluto yang tadinya mengandung es sekarang justru memiliki air dalam bentuk cairan yang dibutuhkan untuk mendukung kehidupan. Bahkan bisa jadi Eris akan menumbuhkan kehidupan baru dan menjadi rumah yang baru bagi kehidupan. 

Bagaimana dengan Bumi?

Apakah ini akhir perjalanan planet Bumi? Ataukah Bumi akan selamat? Berdasarkan perhitungan Schroder dan Smith Bumi tidak akan bisa menyelamatkan diri. Bahkan meskipun Bumi memperluas orbitnya 50% dari orbit yang sekarang ia tetap tidak memiliki pluang untuk selamat. Matahari yang sedang mengembang akan menelan Bumi sebelum ia mencapai batas akhir masa sebagai raksasa merah. Setelah menelan Bumi, Matahari akan mengembang 0,25 SA lagi dan masih memiliki waktu 500 ribu tahun untuk terus bertumbuh. 

Matahari yang menjadi raksasa merah akan mengisi langit seperti yang tampak dari bumi. Gambar ini menunjukan topografi Bumi yang sudah meleleh menjadi lava. Tampak siluet bulan dengan latar raksasa merah. Copyright William K. Hartmann.

Saat Bumi ditelan, ia akan masuk ke dalam atmosfer Matahari. Pada saat itu Bumi akan mengalami tabrakan dengan partikel-partikel gas. Orbitnya akan menyusut dan ia akan bergerak spiral kedalam. Itulah akhir dari kisah perjalanan Bumi. 

Sedikit berandai-andai, bagaimana menyelamatkan Bumi? Jika Bumi berada pada jarak 1.15 SA (saat ini 1 SA) maka ia akan dapat selamat dari fasa pengembangan Matahari tersebut. Nah bagaimana bisa membawa Bumi ke posisi itu?? Meskipun terlihat seperti kisah fiksi ilmiah, namun Schroder dan Smith menyarankan agar teknologi masa depan dapat mencari cara untuk menambah kecepatan Bumi agar bisa bergerak spiral keluar dari Matahari menuju titik selamat tersebut. 

Yang menarik untuk dikaji adalah, umat manusia seringkali gemar berbicara tentang masa depan Bumi milyaran tahun ke depan, padahal di depan mata, kerusakan itu sudah mulai terjadi. Bumi saat ini sudah mengalami kerusakan awal akibat ulah manusia, dan hal ini akan terus terjadi. Bisa jadi akhir perjalanan Bumi bukan disebabkan oleh evolusi matahari, tapi oleh ulah manusia itu sendiri. Tapi bisa jadi juga manusia akan menemukan caranya sendiri untuk lolos dari situasi terburuk yang akan dihadapi.

Semoga Bermanfaat !!

The Legend Of Nkp

Read more »

Posted in: Astronomi