Hadiah Nobel dan Gambar Lubang Hitam Pertama

Anda mungkin sudah mendengar berita tentang foto lubang hitam pertama yang diposting oleh ilmuwan. Foto tersebut merupakan berita yang luar biasa, bukan hanya untuk bidang astronomi tapi juga untuk seluruh dunia. Foto ini merupakan langkah pertama menuju pintu informasi yang baru. Alam semesta semakin tercerahkan dengan adanya informasi baru dan karena itu kita bisa lebih memahami semua misteri di luar planet kita.

Baru-baru ini kita melihat dua belas penerima penghargaan dianugerahi Hadiah Nobel 2020, dan bagaimana salah satu dari mereka memberikan kontribusi yang luar biasa bagi umat manusia dengan penelitian dan penemuan mereka. Mereka semua adalah peneliti yang luar biasa dan kami ingin sekali membahasnya satu per satu di sini, tapi hari ini untuk penjelasan yang lebih baik dan pemahaman yang lebih baik tentang konteks gambar lubang hitam pertama, kami akan membahas karya pemenang Hadiah Nobel Fisika, Roger Penrose, Reinhard Genzel, dan Andrea Ghez.

Menurut situs resmi Hadiah Nobel, para penerima penghargaan ini diakui "atas penemuan bahwa pembentukan lubang hitam merupakan prediksi yang kuat dari teori relativitas umum" dan "atas penemuan objek kompak supermasif di pusat galaksi kita". Penrose melalui metode matematika yang mengesankan membuktikan bahwa peran hitam berhubungan dengan teori relativitas Einstein, sementara Reinhard Genzel dan Andrea Ghez menemukan bukti yang tak terbantahkan bahwa memang benar ada lubang hitam di pusat galaksi Bima Sakti, yang saat ini dikenal sebagai Sagittarius A*.

Agar kita dapat memahami tema ini sepenuhnya, kita perlu mengetahui beberapa konsep dasar tentang lubang hitam, seperti "Apa itu lubang hitam?"; "Terbuat dari apakah mereka? Di mana kita bisa menemukannya?"

Hal pertama yang perlu kita ketahui adalah konsep yang banyak digunakan dalam banyak topik di bidang astronomi, yaitu konsep ruang angkasa. Ruang-waktu adalah manifes empat dimensi, tiga dimensi ruang dan satu dimensi waktu, dalam sistem koordinat kita akan memiliki (x,y,z,t). Fakta yang menarik adalah bahwa satu titik dalam sistem koordinat ini disebut sebagai peristiwa. Dengan demikian, kita bisa mendapatkan definisi lubang hitam.

Lubang Hitam adalah wilayah ruang angkasa di mana gravitasinya sangat kuat sehingga gas, debu, partikel, atau bahkan cahaya pun tidak bisa melepaskan diri darinya! Mereka semua ditarik dengan KUAT oleh gaya gravitasi ke dalam lubang hitam dan menghilang, pergi ke tempat yang masih belum diketahui oleh para ilmuwan hingga saat ini. Bagian yang menarik di sini adalah bahwa jika cahaya pun tidak dapat melepaskan diri dari gaya ini, mustahil untuk melihat lubang hitam atau bahkan mengetahui di mana letaknya. Ini seperti mencoba melihat objek hitam dengan latar belakang hitam, Anda tidak dapat melihatnya, atau jika Anda melihatnya, sangat sulit. Jadi, bagaimana cara ilmuwan melakukannya?

Secara teori, lubang hitam terbentuk ketika bintang yang sangat masif dan jauh lebih berat daripada matahari runtuh di akhir hidupnya. Massa merupakan faktor yang sangat penting untuk menentukan apakah bintang yang sudah mati itu akan menjadi lubang hitam atau bintang neutron. Bintang bermassa super ini termampatkan ke dalam ruang yang sangat kecil karena gravitasi dan untuk membentuk lubang hitam, massa yang padat itu bisa merusak ruang angkasa, menurut teori relativitas umum.

Deformasi ruang angkasa ini menciptakan gaya percepatan gravitasi yang mengarah ke pusat benda bermassa padat. Dan karena gaya ini, gas dan partikel yang berada di dekat atau di sekitar lubang hitam mulai memperoleh kecepatan rotasi yang ditarik secara paksa ke dalam lubang hitam. Fenomena ini disebut dengan Disk pertambahan.

Gaya gravitasi dan gesekan ini menyebabkan semua gas dan partikel yang memiliki muatan listrik tidak hanya menghasilkan kenaikan suhu tapi juga radiasi elektromagnetik dengan frekuensi yang berbeda seperti inframerah atau sinar-X. Karena karakteristik yang luar biasa ini, lubang hitam dapat "dilihat". Ini bagus, tapi tidak memudahkan pekerjaan ilmuwan 100%, Anda memiliki frekuensi yang dapat Anda lacak tapi Anda masih tidak bisa mengatakan "oh lihat, lubang hitam di langit sana". Kita tidak bisa memperlakukan cahaya lubang hitam sama dengan bintang biasa; mereka sangat berbeda satu sama lain. Tapi kabar baiknya adalah bahwa objek hitam yang semula terlihat terang sekarang sedikit menyala di latar belakang hitam.

Pada gambar pertama lubang hitam, kita bisa melihat piringan akresi. Lubang hitam dalam kasus ini 6,5 juta kali lebih berat daripada Matahari, dan terletak di galaksi Messier 87, 53 juta tahun cahaya dari bumi. Foto ini diperoleh berkat kerja sama dari delapan teleskop berbeda di seluruh dunia, Event Horizon Telescope, dan beberapa misi teleskop antariksa lainnya, yang secara bersama-sama memotret data dari M87 pada bulan April 2017. Masing-masing mengambil data yang berbeda dari lubang hitam dan kemudian semuanya digabungkan untuk membentuk foto tersebut. Kelihatannya mudah dan hanya satu langkah, tapi para ilmuwan harus bekerja keras untuk bisa memahami semua data dan bagaimana cara menanganinya, algoritma apa yang akan digunakan, dan bagaimana cara menggunakannya.

Dalam sebuah artikel yang diterbitkan pada tahun 1997 oleh Genzel menunjukkan bahwa data yang dikumpulkan dari lima tahun yang berbeda, dari tahun 1992 hingga 1996, menangkap bintang-bintang yang bergerak cepat di sekitar Sgr A*, dan massa gelap yang sangat besar dan berat berada di tengah-tengah bintang-bintang ini. "Tidak ada konfigurasi yang stabil dari bintang normal, sisa-sisa bintang atau entitas subbintang pada kerapatan tersebut" kata artikel tersebut (GENZEL et al., 1997). Kesimpulannya, "pasti ada lubang hitam masif di inti Bima Sakti".

Dalam artikel lain yang diterbitkan pada tahun 1998 oleh Ghez, penelitian yang dilakukan selama dua tahun mendeteksi pola yang sama yaitu pergerakan yang dimulai dari tempat yang sama, seperti yang dikatakan dalam artikel tersebut "puncak kerapatan permukaan bintang dan dispersi kecepatan yang konsisten dengan posisi kandidat lubang hitam (yang saat itu masih menjadi kandidat) Sgr A*" (Ghez dkk, 1998). Foto-foto yang digunakan dalam penelitian ini diperoleh dari panjang gelombang inframerah dekat, jenis frekuensi yang dipancarkan oleh piringan akresi.

Berikut ini adalah daftar singkat dari artikel-artikel tersebut:

GENZEL, R. dkk. Tentang sifat massa gelap di pusat Bima Sakti. Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society, v. 291, n. 1, hal. 219-234, 11 out. 1997.

GHEZ, A. M. dkk. Bintang-bintang Bergerak Sangat Cepat di Sekitar Sagittarius A\ast: Bukti Adanya Lubang Hitam Supermasif di Pusat Galaksi Kita. Jurnal Astrofisika, v. 509, n. 2, hal. 678-686, dept. 1998.

GHEZ, A. M. dkk. Mengukur Jarak dan Sifat Lubang Hitam Supermasif Pusat Bima Sakti dengan Orbit Bintang. Jurnal Astrofisika, v. 689, n. 2, hal. 1044-1062, dez. 2008.

Bukankah alam semesta ini begitu indah?

Semua ini sudah luar biasa tapi masih banyak lagi yang akan datang, seperti yang dikatakan oleh David Haviland, ketua Komite Nobel Fisika "... objek-objek eksotis ini masih menimbulkan banyak pertanyaan yang membutuhkan jawaban dan memotivasi penelitian di masa depan. Tidak hanya pertanyaan tentang struktur dalamnya, tapi juga pertanyaan tentang bagaimana menguji teori gravitasi di bawah kondisi ekstrim di sekitar lubang hitam." Dan kami akan tetap berada di sini, menantikan jeda berikutnya! Sementara itu, kami mengucapkan terima kasih kepada para pemenang tahun ini Roger Penrose, Reinhard Genzel dan Andrea GhezAnda luar biasa!

Jika Anda juga ingin membaca tentang karya Roger Penrose, berikut ini ada beberapa artikel yang menjelaskan karyanya. Salah satunya diterbitkan bersama dengan Stephen Hawking. Anda juga dapat membaca artikel-artikel ini di sini:

HAWKING, S.; PENROSE, R. Hakikat Ruang dan Waktu. Jurnal Fisika Amerika, v. 65, n. 7, hal. 676-676, 1 jul. 1997.

EHLERS, J.; RINDLER, W.; PENROSE, R. Konservasi Energi sebagai Dasar Mekanika Relativistik. II. American Journal of Physics, v. 33, no. 12, hal. 995-997, 1 Desember 1965.

NEWMAN, E.; PENROSE, R. Sebuah Pendekatan Radiasi Gravitasi dengan Metode Koefisien Spin. Jurnal Fisika Matematika, v. 3, n. 3, hal. 566-578, 1 mai 1962.

PENROSE, R.; RINDLER, W. Konservasi Energi sebagai Dasar Mekanika Relativistik. American Journal of Physics, v. 33, n. 1, hal. 55-59, 1 Januari 1965.

Jika Anda memiliki proyek atau presentasi yang akan datang tentang bidang astronomi apa pun, Anda dapat menggunakan Mind the Graph untuk membuat konten Anda lebih efisien, didaktik, dan menyenangkan! Kami tahu sulit untuk mendapatkan gambar yang bagus tentang tema ini, jadi kami di sini untuk membantu Anda, Anda bisa melihat konten kami tentang astronomi di sini..

Anda dapat menemukan semua yang Anda butuhkan di Mind the Graph dan jika tidak, kami dapat membantu Anda!

Mari kita tingkatkan komunikasi dalam sains bersama-sama! Apakah Anda siap untuk mencobanya?

Hadiah Nobel dan Gambar Lubang Hitam Pertama

Berlangganan buletin kami

Tentang Fabricio Pamplona