3 days ago
3
Para ilmuwan berhasil mensimulasikan cara baru untuk mengukur massa dan putaran lubang hitam melalui gema analisis cahaya yang mengelilingi lubang hitam. (NoirLab)
PARA ilmuan mengikuti jejak perjalanan cahaya di sekitaran lubang hitam dan akhirnya bersinar ke arah kita.
Tim dari Princeton University dan Los Alamos National Laboratory telah melakukan simulasi komputer yang kompleks untuk menunjukkan bagaimana dua teleskop — satu di Bumi dan satu di luar angkasa. Dengan kata lain, perangkat ini dapat membantu kita mendeteksi cahaya yang pada dasarnya telah melakukan perjalanan mengelilingi lubang hitam.
Konsep ini didasarkan pada lensa gravitasi. Beberapa lubang hitam adalah objek individu paling masif di alam semesta; lubang hitam di pusat galaksi Messier 87, misalnya, memiliki massa 6,5 miliar kali lebih besar daripada massa matahari kita. Objek padat sebesar itu mampu memberi efek besar pada ruang-waktu.
Lubang hitam seperti yang ada di M87 dikelilingi cakram gas panas yang terus mengalir ke arah pusat lubang hitam. Cakram-cakram ini tidak tenang; mereka bisa bergolak, dengan gumpalan padat di dalamnya, sering kali hancur oleh tarikan gravitasi lubang hitam, melepaskan semburan energi dan cahaya ke segala arah.
Sebagian dari cahaya ini langsung menuju kita, tetapi sebagian lagi awalnya bersinar ke arah berlawanan. Namun, jalur cahaya tersebut tertangkap di ruang yang dilengkungkan oleh massa lubang hitam itu sendiri. Cahaya tersebut bisa benar-benar mengelilingi lubang hitam, bahkan beberapa kali, sebelum akhirnya menuju ke arah kita. Kita melihat cahaya ini sebagai "gema" yang tertunda dari semburan cahaya awal.
Tidak seperti kebanyakan lensa gravitasi yang memperbesar cahaya dari objek yang lebih jauh, dalam kasus ini, gema cahaya mengalami de-magnifikasi, rotasi, dan perubahan bentuk, sehingga menjadi cukup redup dan astronom belum yakin apakah ini dapat terdeteksi.
Namun, itu bisa saja segera berubah.
"Cahaya yang mengelilingi lubang hitam dan menyebabkan gema telah dihipotesiskan selama bertahun-tahun, tetapi gema seperti itu belum pernah diukur," kata George Wong dari Institute for Advanced Study, Princeton, dalam sebuah pernyataan. "Metode kami menawarkan cetak biru untuk melakukan pengukuran ini, yang berpotensi merevolusi pemahaman kita tentang lubang hitam."
Lama keterlambatan terutama ditentukan oleh massa lubang hitam. Semakin besar massa lubang hitam, semakin lebar cakrawala peristiwanya, dan semakin lama cahaya mengelilinginya. Kemiringan lubang hitam relatif terhadap pandangan kita juga menjadi faktor, karena kemiringan yang berbeda dapat menyebabkan waktu penundaan yang berbeda.
Tim Wong menjalankan model komputer yang menunjukkan bagaimana interferometri garis dasar panjang dapat membedakan antara cahaya langsung dan gema cahaya tidak langsung di sekitar lubang hitam serupa dengan yang ada di M87. Mereka memperkirakan hanya membutuhkan misi luar angkasa "sederhana" yang bekerja bersama dengan teleskop yang sudah ada di darat.
Semua lubang hitam dicirikan hanya oleh tiga parameter: massa, putaran, dan muatan listriknya, yang pada dasarnya nihil. Jadi, dengan menggunakan gema cahaya untuk memperoleh pengukuran yang akurat tentang massa dan putaran lubang hitam, kita dapat membuat lompatan besar dalam pemahaman ilmu lubang hitam dan studi evolusi galaksi.
"Lubang hitam memainkan peran penting dalam membentuk evolusi alam semesta," kata Wong. "Meskipun kita sering berfokus pada bagaimana lubang hitam menarik benda-benda, mereka juga mengeluarkan banyak energi ke sekelilingnya. Mereka memiliki peran besar dalam perkembangan galaksi, memengaruhi bagaimana, kapan, dan di mana bintang-bintang terbentuk, serta membantu menentukan struktur galaksi itu sendiri. Mengetahui distribusi massa dan putaran lubang hitam, dan bagaimana distribusi ini berubah dari waktu ke waktu, sangat memperkaya pemahaman kita tentang alam semesta."
Lensa gravitasi adalah manifestasi dari teori relativitas umum Albert Einstein, yang menjelaskan bagaimana massa dan energi berinteraksi dengan ruang dan waktu. Melacak gema cahaya dalam lingkungan semacam itu memberikan kesempatan sempurna untuk menguji relativitas umum.
"Dengan teknik ini, kita mungkin menemukan hal-hal yang membuat kita berpikir, 'hei, ini aneh!'" kata Lia Medeiros, seorang peneliti NASA di Princeton University, dalam pernyataannya. "Analisis data semacam itu dapat membantu kita memverifikasi apakah lubang hitam benar-benar konsisten dengan relativitas umum."
Apa pun yang tidak berperilaku sesuai prediksi relativitas umum dapat mengungkapkan kekurangan dalam teori Einstein, tetapi jangan terlalu berharap — setelah lebih dari satu abad, kita belum menemukannya. (Space/Z-3)
