September 24, 2022

Ketika sebuah bintang yang 20 kali lebih besar dari matahari kita mati, ia dapat meledak dalam supernova dan masuk kembali ke dalam lubang hitam yang padat (dengan bantuan gravitasi). Tapi ledakan itu tidak pernah simetris sempurna, jadi terkadang, lubang hitam yang dihasilkan meluncur ke luar angkasa. Benda-benda yang berkeliaran ini sering disebut “lubang hitam jahat” karena mereka mengapung bebas, tidak terikat oleh benda langit lainnya.

Tapi nama itu mungkin “salah nama”, menurut Jessica Lu, profesor astronomi di University of California Berkeley. Dia lebih suka istilah “mengambang bebas” untuk menggambarkan lubang hitam ini. “Nakal,” katanya, menyiratkan bahwa pengembara itu langka atau tidak biasa—atau tidak ada gunanya.

Tentu saja tidak demikian. Para astronom memperkirakan bahwa ada sebanyak 100 juta lubang hitam seperti itu yang berkeliaran di sekitar galaksi kita. Tetapi karena mereka soliter, mereka sangat sulit ditemukan. Sampai saat ini, apa yang disebut lubang hitam jahat ini hanya diketahui melalui teori dan perhitungan.

“Mereka adalah hantu, bisa dikatakan,” kata Lu, yang telah menjalankan misinya untuk menemukan lubang hitam yang mengambang bebas di Bima Sakti.

[Related: We’re still in the dark about a key black hole paradox]

Awal tahun ini, dua tim peneliti ruang angkasa secara terpisah mengungkapkan deteksi apa yang mungkin menjadi salah satu lubang hitam yang berkeliaran ini. Salah satu tim itu dipimpin oleh Casey Lam, seorang mahasiswa pascasarjana di lab Lu. Yang lainnya dipimpin oleh Kailash C. Sahu, seorang astronom di Space Telescope Science Institute. Kedua tim memposting makalah mereka di jurnal akses terbuka gratis tanpa tinjauan ahli.

Para ilmuwan akan mendapatkan lebih banyak data dari Teleskop Luar Angkasa Hubble pada bulan Oktober yang menurut Lu akan membantu “memecahkan misteri apakah ini lubang hitam atau bintang neutron.” “Masih banyak ketidakpastian tentang bagaimana bintang mati dan sisa-sisa hantu yang mereka tinggalkan,” catatnya. Ketika bintang yang jauh lebih masif dari matahari kita kehabisan bahan bakar nuklir, mereka diperkirakan akan runtuh menjadi lubang hitam atau bintang neutron. “Tapi kita tidak tahu persis mana yang mati dan berubah menjadi bintang neutron atau mati dan berubah menjadi lubang hitam,” tambah Lu. “Kita tidak tahu kapan lubang hitam lahir dan bintang mati, apakah ada ledakan supernova yang dahsyat? Atau apakah itu langsung runtuh ke dalam lubang hitam dan mungkin hanya bersendawa sedikit?”

See also  Periksa apakah seseorang telah menggunakan ponsel atau laptop Anda

Dengan hal-hal bintang yang membentuk semua yang kita ketahui di dunia, memahami kehidupan setelah bintang adalah kunci untuk memahami bagaimana kita, diri kita sendiri, muncul.

Cara menemukan lubang hitam yang lepas

Lubang hitam pada dasarnya tidak terlihat. Mereka menjebak semua cahaya yang mereka temui, oleh karena itu tidak ada yang bisa dilihat oleh mata manusia. Jadi para astronom harus kreatif untuk mendeteksi benda-benda padat dan gelap ini.

Biasanya, mereka mencari anomali dalam gas, debu, bintang, dan material lain yang mungkin disebabkan oleh gravitasi lubang hitam yang sangat kuat. Jika lubang hitam merobek material dari benda langit lain, piringan puing yang dihasilkan yang mengelilingi lubang hitam dapat terlihat dengan jelas. (Begitulah cara para astronom mengambil gambar langsung pertama pada tahun 2019 dan gambar lubang hitam di pusat Bima Sakti awal tahun ini.)

Tetapi jika lubang hitam tidak menimbulkan kekacauan dengan gaya gravitasinya, hampir tidak ada yang bisa dideteksi. Itu sering terjadi pada lubang hitam yang bergerak ini. Jadi astronom seperti Lu menggunakan teknik lain yang disebut astrometri atau pelensaan mikro gravitasi.

“Apa yang kami lakukan adalah menunggu kesempatan penyelarasan salah satu lubang hitam yang mengambang bebas ini dan bintang latar belakang,” jelas Lu. “Ketika keduanya sejajar, cahaya dari bintang latar belakang dibelokkan oleh gravitasi lubang hitam [in front of it]. Itu muncul sebagai kecerahan bintang [in the astronomical data]. Itu juga membuatnya perlu sedikit bertamasya di langit, sedikit goyah, bisa dibilang.”

Bintang latar belakang tidak benar-benar bergerak—sebaliknya, ia tampak bergeser keluar jalurnya ketika lubang hitam atau benda padat lain lewat di depannya. Itu karena gravitasi lubang hitam membengkokkan struktur ruang-waktu, menurut Teori Relativitas Umum Albert Einstein, yang mengubah cahaya bintang.

Kemungkinan lubang hitam yang berkeliaran dapat melewati lingkungan selestial kita dan mengganggu kehidupan di Bumi adalah “kecil secara astronomis.”

Para astronom menggunakan lensa mikro untuk mempelajari semua jenis fenomena sementara di alam semesta, dari supernova hingga exoplanet yang transit di sekitar bintang mereka. Tapi itu sulit dilakukan dengan teleskop berbasis darat, karena atmosfer bumi dapat mengaburkan gambar.

See also  Manusia mungkin tidak bermaksud menjinakkan domba dan kambing

“Dalam astrometri, Anda mencoba mengukur posisi sesuatu dengan sangat tepat, dan Anda membutuhkan gambar yang sangat tajam,” jelas Lu. Jadi para astronom mengandalkan teleskop di luar angkasa, seperti Hubble, dan beberapa instrumen berbasis darat yang memiliki sistem canggih untuk beradaptasi dengan gangguan atmosfer. “Hanya ada tiga fasilitas di dunia yang dapat melakukan pengukuran astrometri ini,” kata Lu. “Kami bekerja tepat di ujung tombak dari apa yang dapat dilakukan teknologi kami hari ini.”

Lubang hitam jahat pertama?

Pencerahan itu, atau “peristiwa lensa gravitasi” seperti yang disebut Lu, yang dia dan tim Sahu temukan dalam data dari Teleskop Luar Angkasa Hubble pada tahun 2011. Sesuatu, mereka duga, pasti lewat di depan bintang itu.

Mencari tahu apa yang menyebabkan goyangan dan perubahan intensitas dalam cahaya bintang membutuhkan dua pengukuran: kecerahan dan posisi. Para astronom mengamati tempat yang sama di langit dari waktu ke waktu untuk melihat bagaimana cahaya berubah saat objek lewat di depan bintang. Ini memberi mereka data yang mereka butuhkan untuk menghitung massa objek itu, yang pada gilirannya menentukan apakah itu lubang hitam atau bintang neutron.

“Kami tahu bahwa melakukan pelensaan itu berat. Kami tahu itu lebih berat dari bintang tipikal Anda. Dan kami tahu bahwa itu gelap,” catat Lu. “Tapi kami masih sedikit tidak yakin tentang seberapa berat dan seberapa gelap tepatnya.” Jika hanya sedikit berat, katakanlah, satu setengah kali massa matahari kita, itu mungkin sebenarnya adalah bintang neutron. Tetapi jika tiga sampai 10 kali lebih besar dari matahari kita, maka itu akan menjadi lubang hitam, Lu menjelaskan.

Saat kedua tim mengumpulkan data dari 2011 hingga 2017, analisis mereka mengungkapkan massa yang sangat berbeda untuk objek kompak itu. Tim Sahu menentukan bahwa objek jelajah memiliki massa tujuh kali lipat dari matahari kita, yang akan menempatkannya tepat di wilayah lubang hitam. Tapi tim Lam dan Lu menghitungnya menjadi kurang masif, di suatu tempat antara 1,6 dan 4,4 massa matahari, yang mencakup kedua kemungkinan.

See also  Tikus tidak bisa muntah—inilah alasannya | Ilmu pengetahuan populer

[Related: Black holes can gobble up neutron stars whole]

Para astronom tidak dapat memastikan perhitungan mana yang benar sampai mereka mendapatkan kesempatan untuk mengetahui seberapa terang bintang latar secara normal dan posisinya di langit ketika ada sesuatu yang tidak lewat di depannya. Mereka tidak fokus pada bintang itu sebelum menyadari kecerahan dan goyangannya yang tidak seperti biasanya, jadi mereka baru saja mendapatkan kesempatan untuk melakukan pengamatan dasar tersebut karena efek lensa telah memudar, Lu menjelaskan. Pengamatan itu akan datang dari data Hubble baru di musim gugur.

Apa yang mereka ketahui adalah bahwa objek yang dimaksud berada di lengan spiral Carina-Sagitarius dari galaksi Bima Sakti, dan saat ini berjarak sekitar 5.000 tahun cahaya dari Bumi. Deteksi ini juga menunjukkan bahwa lubang hitam jelajah terdekat mungkin berjarak kurang dari 100 tahun cahaya, kata Lu. Tapi itu bukan alasan untuk khawatir.

“Lubang hitam adalah saluran pembuangan. Jika Anda cukup dekat, mereka akan memakan Anda,” kata Lu. “Tapi Anda harus menjadi sangat dekat, lebih dekat dari yang saya kira biasanya kita bayangkan.” Batas di sekitar lubang hitam yang menandai garis di mana cahaya masih bisa lepas dari gravitasinya, yang disebut cakrawala peristiwa, biasanya memiliki radius di bawah 20 mil.

Kemungkinan lubang hitam yang berkeliaran dapat melewati lingkungan selestial kita dan mengganggu kehidupan di Bumi adalah “kecil secara astronomis,” kata Lu. “Itu ukuran sebuah kota. Jadi lubang hitam bisa melewati tata surya dan kita hampir tidak menyadarinya.”

Tapi dia tidak mengesampingkannya. “Saya seorang ilmuwan,” katanya. “Aku tidak bisa mengatakan tidak ada kesempatan.”

Terlepas dari apakah tim pertama mendeteksi lubang hitam yang berkeliaran atau bintang neutron, Lu mengatakan, “revolusi nyata yang ditunjukkan oleh kedua makalah ini adalah bahwa kita sekarang dapat menemukan lubang hitam ini menggunakan kombinasi pengukuran kecerahan dan posisi.” Ini membuka pintu untuk penemuan lebih banyak pengembara yang menangkap cahaya, terutama ketika teleskop baru mulai online, termasuk Observatorium Vera C. Rubin yang saat ini sedang dibangun di Chili dan Teleskop Luar Angkasa Nancy Grace Roman yang dijadwalkan akan diluncurkan akhir dekade ini.

Cara Lu melihatnya, “bab berikutnya dari studi lubang hitam di galaksi kita telah dimulai.”