Apakah “Black Hole” Itu?

Oleh: Awang Satyana* (Geolog)

Adik-adik mungkin sudah pernah melihat film Star Trek atau Star Wars. Dalam film itu digambarkan ada obyek berwarna hitam yang diceritakan mampu menarik apapun yang ada di dekatnya. Sedikit banyak Kakak akan membahas Lubang Hitam atau Black Hole yang adik-adik tanyakan itu. Penjelasannya akan dibuat sesederhana mungkin. Penjelasan lengkapnya sangat rumit, tapi adik-adik jangan kecil hati — kalau adik-adik besar nanti bisa belajar lebih banyak tentang Lubang Hitam dalam pelajaran fisika atau astronomi, di perguruan tinggi.

Penjelasan akan dibagi menjadi dua bagian. Bagian pertama untuk adik-adik usia SD, dan bagian kedua untuk adik-adik usia SMP atau SMA.

Lubang Hitam adalah sebuah objek di Jagat Raya yang paling dramatik sekaligus sangat menarik. Lubang Hitam adalah pelahap yang rakus, bintang yang terlalu dekat dengannya akan ditarik, dikunyah dan ditelannya. Ia secara terus-menerus pun menelan debu, gas, dan materi-materi lainnnya di Jagat Raya. Semakin banyak makan, ia semakin kuat menelan yang berikutnya. Berikut ini adalah gambar sederhana dari Lubang Hitam.

Gambar 1. Lubang Hitam biasanya digambarkan seperti ini (dari Situs Space and NASA News [1])

Bagian Pertama

Di bagian ini akan dijelaskan bagaimana membuat sebuah “lubang hitam”. Apa bisa? Bisa, tapi tentunya tidak untuk menyamai Lubang Hitam yang sebenarnya.

1.1 Membuat “lubang hitam”

Yang pertama adalah, apakah “lubang hitam” itu benar-benar digambarkan sebagai sebuah lubang yang berwarna hitam. Mari kita bayangkan percobaan meremas kaleng minuman dengan prinsip tekanan udara, adik-adik bisa menyimak video berikut ini [2] atau dengan ukuran yang lebih besar pada video ini [3]. Apakah yang menyebabkan kaleng dan tong air itu remuk? Tekanan udara di dalam kaleng atau tong yang lebih rendah dibandingkan tekanan udara di luarnya. Contoh lainnya yang biasa dilakukan untuk membuat tiruan black hole adalah percobaan dengan melibatkan balon dan aluminium foil, seperti dicontohkan dalam video ini [4]. Adik-adik akan memerlukan:

1. balon dan kertas aluminium foil (minta tolong Ayah untuk membelinya di supermaket)
2. timbangan kue (pinjam dari Ibu)
3. alat ukur meteran baju (pinjam juga dari Ibu)

Langkah-langkah:

1. Tiup balon, jangan terlalu besar, nanti meletus (dor)
2. Bungkus balon dengan kertas aluminium foil
3. Ukur keliling balon dengan meteran (berapa cm?), timbang beratnya (berapa gram?), dan catat kedua angkanya di kertas
4. Kemudian letuskan balon, remas-remas hingga udaranya habis. Terus remas hingga kertas aluminium foil-nya membentuk bola kecil. Minta bantuan kakak yang tangannya lebih besar dari tangan kalian.
5. Sekarang ukur kembali keliling balon dan timbang beratnya. Mestinya beratnya kurang lebih tetap, atau sedikit sekali perbedaannya.

1.2 Bintang dan Lubang Hitam

Dari percobaan di atas, sekarang akan dijelaskan lebih banyak tentang Lubang Hitam. Balon yang adik-adik tiup adalah tiruan sebuah bintang, seperti Matahari. Tentunya kita tidak tahu yang sebesar apa balonnya untuk bisa menyamai bintang yang ukurannya bisa jauh lebih besar dari Matahari (lihat Gambar 2). Bintang, seperti juga Bumi, memiliki gaya tarik gravitasi. Gaya gravitasi ini ditentukan oleh kepadatan materi bintang itu sendiri.

Sekarang Kakak jelaskan mengenai kepadatan. Bayangkan adik-adik masuk ke kamar tidur. Lapang bukan, adik-adik bisa lari-lari karena memang hanya sendirian. Nah sekarang, bayangkan kalau 40 orang teman masuk ke dalam kamar yang sempit itu, maka kalian akan sulit bergerak ‘kan. Nah itu yang dinamakan kepadatan.

Gambar 2. Balon diibaratkan sebagai alam semesta

Nah sekarang sebuah bintang punya siklus hidup. Seperti kita, ia akan lahir, bersinar, dan kemudian meledak sebelum kemudian mati. Ledakan bintang dinamakan supernova. Saat balon kita letuskan, itu ibaratnya adalah sebuah bintang meledak (supernova). Setelah meletus, maka materi letusan akan tertarik ke pusat bintang akibat gaya gravitasi. Itu diibaratkan dengan kita meremas-remas balon dan kertas aluminium foil tadi. Semakin kecil kita bisa meremas, maka semakin besar kepadatan dari inti bintang yang meledak tadi, makin besar pula gaya tariknya. Karena gaya gravitasi yang sangat besar, maka benda-benda di angkasa lainnya bisa tertarik ke titik letusan bintang tadi. Semua tertarik, sampai cahaya pun tidak bisa lari darinya, sehingga yang tinggal adalah kondisi yang gelap gulita, dan berwarna hitam, karena itulah disebut Lubang Hitam.

Para ahli astronomi dan fisika menyebutkan ada banyak sekali Lubang Hitam di Jagat Raya. Bumi yang kita tinggali, juga memiliki gaya gravitasi, yang bisa mengikat Bulan dan satelit Palapa untuk tetap di orbitnya. Akan tetapi gaya gravitasi Bumi tidak terlalu besar untuk menarik Bulan dan benda-benda langit lainnya dan membuat Bumi runtuh seperti supernova.

Bagian Kedua

2.1 Membayangkan kepadatan Lubang Hitam

Bagian ini untuk adik-adik yang usianya lebih besar. Coba kalian baca penjelasan Bagian Pertama. Perhatikan saat Kakak membahas “kepadatan bintang”. Mari kita membayangkan fenomenanya dengan melibatkan dimensi Bumi, Matahari, dan kota Jakarta agar lebih mudah.

Kalau Bumi dan Matahari kita anggap sebagai bola (agar lebih mudah menghitungnya), Bumi kita volumenya 1082 milyar km^3. Matahari kita volumenya 1411 juta milyar km^3 (1411 kuartiliun km^3). Jadi di dalam Matahari bisa termuat lebih dari 1,3 juta planet seukuran Bumi).

Kota Jakarta hanyalah satu titik di atas permukaan Bumi. Tetapi kalau di kota sekecil Jakarta itu dipadatkan volume tiga Matahari (volumenya sekitar 4233 juta milyar km^3), apa mau disebut kota Jakarta? Kota superpadat? Masih kurang rasanya.

Semua materi punya gravitasinya sendiri. Kalau di kota berukuran seperti Jakarta ada volume sepadat 4233 juta milyar km^3, sebesar apa gravitasinya? Supergravitasi? Masih kurang juga menyebutnya demikian.

Tetapi itulah gambaran mudah (meskipun sulit membayangkannya) untuk sebuah Lubang Hitam, bahwa di area seukuran kota Jakarta ada volume sepadat tiga buah Matahari, sekitar 4233 juta milyar km^3, dan tentu gravitasinya luar biasa besar, tak terbayangkan.

2.2 Membayangkan gaya gravitasi Lubang Hitam

Roket yang membawa satelit ke angkasa luar agar ia bisa sampai ke targetnya harus mempunyai kecepatan minimal yang namanya escape velocity, yaitu kecepatan minimum agar sebuah wahana terbang bisa lepas dari gravitasi Bumi. Bila tak tercapai kecepatan minimum itu, maka selamanya wahana akan ada dalam kendali gravitasi Bumi, mengorbit Bumi, lalu jatuh kembali ke Bumi.

Berapa escape velocity itu? Diperhitungkan sekitar 11 km/detik, atau kira-kira sama dengan 20 x kecepatan peluru. Bila sebuah pesawat mampu melesat dengan kecepatan 11 km/detik, maka ia akan lepas dari pengaruh gravitasi Bumi. Tetapi escape velocity ini hanya berlaku untuk Bumi yang volumenya hanya 1082 milyar km^3.

Bagaimana bila ada sebuah objek di Jagat Raya dengan volume minimal sebesar tiga Matahari (4233 juta milyar km3), terpadatkan dalam area seluas kota Jakarta, apakah escape velocity-nya akan 11 km/detik? O tidak, bahkan kecepatan yang paling cepat di Jagat Raya, yaitu kecepatan cahaya, 300.000 km/detik, pun tak mampu lepas dari gravitasinya.

Gambar 3. Persamaan Escape velocity dari Situs Hyperphysics [5]

Maka Lubang Hitam tetap hitam, sebab cahaya pun tak bisa lepas daripadanya. Mengapa disebut “lubang”, sebenarnya itu hanya gambaran sebab bila ada benda langit yang beredar terlalu dekat kepadanya, maka gravitasinya yang teramat sangat kuat akan menariknya untuk terperosok, menghancurkannya, dan mengunyahnya. Berkaitan dengan hal ini, para ilmuwan di Inggris telah menemukan materi berbahan karbon yang sangat hitam atau gelap. Saking gelapnya, ia hanya memantulkan sebanyak 0,035% cahaya yang diterimanya. Materi ini dinamakan Vantablack. Informasi lebih banyak bisa dilihat di Situs Extreme Technology [6].

Para ilmuwan tak dapat mendeteksi keberadaan para Lubang Hitam secara langsung karena ia tak mengirimkan sinyal apa pun. Tetapi dari semburan sinar X dan sinar gamma yang dilontarkan bintang-bintang yang sedang sekarat hancur dikunyah Lubang Hitam para ilmuwan secara tak langsung dapat mendeteksi keberadaan Lubang Hitam. Semburan-semburan sinar X dan gamma itu dapat tertangkap teleskop-teleskop langit yang diluncurkan NASA.

Gambar 4. Foto salah satu teleskop milik NASA [7]

2.3 Einstein ternyata tidak keliru

Einstein, sang jenius fisika abad lalu, melalui Teori Relativitas Umum, pada tahun 1916 merumuskan keberadaan Lubang Hitam itu yang disebutnya singularitas sebagai efek bila sebuah bintang berukuran minimal tiga kali Matahari runtuh oleh gravitasinya sendiri akibat bahan bakarnya habis. Karena hasil perhitungannya begitu dramatis, Einstein sendiri tak memercayai hasil perhitungannya. Kata Einstein, tak mungkin ada benda seaneh itu di Jagat Raya.

Gambar 5. Foto Einstein saat muda (dari Situs WhyFiles [8])

Namun Einstein ternyata keliru, perhitungannya justru benar, Lubang Hitam itu ada, dan pada tahun 1971 ditemukan pertama kali. Dan kini ternyata berkat beberapa teleskop langit sedang melayang-melayang di keluasan Jagat Raya, banyak Lubang Hitam telah diindentifikasi (secara tak langsung) sedang mengintip kita di mana-mana di Jagat Raya. Matahari kita tak akan runtuh menjadi sebuah Lubang Hitam pada saat ia mati sekitar 5 milyar tahun lagi, sebab ukurannya terlalu kecil.

Mari pahami Jagat Raya dengan segala fenomenanya yang luar biasa. Maha besar Tuhan dengan segala kedahsyatan ciptaan-Nya di Jagat Raya. (/DEI)

*Awang Satyana adalah seorang geolog yang tidak hanya menekuni Bumi tetapi juga mengagumi Jagat Raya. Ia meraih gelar Sarjana Geologi dari Universitas Padjadjaran pada tahun 1989, dan sekarang menjabat sebagai Kepala Staff Ahli di SKK Migas.