Kisah Dramatis Para Astronomer Berburu Lubang Hitam

Pada tahun 1919, ekspedisi Eddington yang terkenal diberangkatkan untuk melihat apakah gravitasi dapat membelokkan cahaya —sebuah pengujian penting untuk teori relativitas umum Einstein. Dengan mengamati gerhana Matahari total, mereka menunjukkan bahwa Matahari mampu mengubah lintasan cahaya bintang seperti yang diperkirakan —membuat Einstein dan teorinya mendunia.


Keterangan: Video telah memiliki terjemahan Bahasa Indonesia. Jangan lupa aktifkan Subtitle/CC YouTube ke Bahasa Indonesia.

Sekarang, seabad kemudian, para ilmuwan memulai pengamatan kembali, ke lokasi-lokasi lebih terpencil yang tersebar di empat benua. Mereka akan sekali lagi mendorong batas-batas pengetahuan astronomi, menguji teori yang sama dengan cara yang tidak pernah Einstein bayangkan.

Tujuan mereka: untuk mengambil gambar lubang hitam, suatu hal ambisius yang tampaknya mustahil... hingga kini!

Cerita lubang hitam dimulai sebagai sebuah teka-teki. Pada tahun 1915 Karl Schwarzschild menyadari bahwa teori baru relativitas umum Einstein memperkirakan keberadaan objek-objek aneh yang dikenal sebagai "singularitas". Mereka adalah tempat di mana persamaan-persamaan barunya yang mendeskripsikan gravitasi tampak kacau. Di dalamnya adalah tempat yang ganjil, dimana waktu berhenti dan ruang menjadi tak terbatas... 


Pada waktu itu, banyak ilmuwan, termasuk Einstein, menganggapnya terlalu aneh untuk diteliti secara serius. Namun, lebih dari seratus tahun kemudian, bukti telah menumpuk, menunjukkan bahwa singularitas ada di Alam Semesta kita... sebagai lubang hitam.

Lubang hitam adalah objek paling misterius di Alam Semesta. Di sinilah materi berada di ruang yang sangat kecil dan rapat sehingga gravitasi mencegah bahkan cahaya untuk meloloskan diri. Nah, itu adalah pintu satu arah dari Alam Semesta kita.

Kita tahu mereka terletak di jantung (pusat) galaksi dan mereka mengatur bagaimana galaksi-galaksi itu tumbuh dan mati, mereka menelan gas dan bintang-bintang. Mereka juga merupakan objek-objek sangat misterius dan membingungkan yang hidup di batas antara dua teori besar fisika kita: relativitas umum, yang mendeskripsikan gravitasi, dan mekanika kuantum, yang mendeskripsikan benda-benda terkecil di dunia.

Jika kita ingin menguji teori-teori fundamental (dasar) tentang Alam Semesta kita harus pergi ke laboratorium paling ekstrim di Alam Semesta, dan itu adalah lubang hitam.

Tetapi mengamati laboratorium paling ekstrim ini memerlukan instrumen yang ekstrim pula. Gravitasi yang sangat kuat dari lubang hitam merupakan hambatan untuk melihat mereka secara langsung. Tidak ada cahaya yang bisa lepas dari mereka dan mereka sangat kecil —menghancurkan materi dalam jumlah besar ke dalam titik-titik kecil kegelapan.

Bahkan setelah keberadaan objek-objek paling aneh ini diterima secara luas, melihat mereka secara langsung tetap sebuah mimpi yang mustahil.

Faktanya, untuk mencapai resolusi yang diperlukan untuk melihat lubang hitam secara langsung, diperlukan sebuah teleskop tunggal seukuran planet Bumi —jelas terlalu besar untuk diwujudkan.

Malah, para astronom menghabiskan waktu puluhan tahun mempelajari efek yang lubang hitam miliki terhadap materi di sekitarnya. Tetapi mimpi untuk mendapatkan bukti lebih konkrit (jelas) dari objek-objek eksotis ini terlalu menggoda untuk segera dilupakan.

Kita semua memahami dari sudut pandang matematika bahwa lubang hitam itu ada, tetapi untuk dapat benar-benar melihatnya adalah sebuah pengalaman yang sangat mendalam dan saya pikir penting bagi sains dan juga untuk kita mempercayainya.

Pada akhir 1960an, sebuah teknik baru mengubah astronomi. Disebut VLBI (interferometri dengan garis dasar sangat panjang), yang memungkinkan beberapa teleskop untuk melakukan pengamatan sebagai satu sistem —menciptakan sebuah teleskop "maya" yang dapat mengatasi kendala ukuran teleskop. Seiring menyebarnya metode ini, jelas bahwa pengambilan citra langsung lubang hitam adalah sangat memungkinkan. 


Pada tahun 2009, proyek Teleskop Event Horizon, EHT, lahir —untuk mengejar tujuan yang menarik ini. Kolaborasi Teleskop Event Horizon adalah suatu kolaborasi para ilmuwan di seluruh dunia dari banyak negara, benua dan institusi untuk membuat teleskop seukuran Bumi, memberi kita resolusi tertinggi yang ada yang saat ini bisa dicapai dengan teleskop jenis apapun.

Sudah jelas sejak awal bahwa EHT akan menghadapi rintangan yang unik. Namun "melihat adalah percaya", dan tim didedikasikan untuk mengungkap lubang hitam untuk pertama kalinya. Untuk mewujudkannya, delapan teleskop di seluruh dunia dihubungkan bersama.

ESO berperan penting dalam dua dari teleskop-teleskop ini, keduanya berlokasi di Chajnantor Plateau di Chile: Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (barisan teleskop gelombang milimeter/submilimeter Atacama) —ALMA— dan Atacama Pathfinder Experiment (eksperimen pandu Atacama), dikenal sebagai APEX.

Teleskop lain yang membentuk EHT adalah teleskop IRAM 30 meter di Spanyol, Large Millimeter Telescope (Teleskop Milimeter Besar) di Meksiko, Submillimeter Telescope (Teleskop Submilimeter) di Arizona, James Clerk Maxwell Telescope (Teleskop James Clerk Maxwell) dan Submillimeter Array, keduanya di Hawai, dan akhirnya South Pole Telescope (Teleskop Kutub Selatan) di Antartika.

Bersama-sama, mereka bisa mencapai resolusi yang sama dengan membaca koran di Paris sambil duduk di New York. Tantangan besar proyek ini segera menjadi jelas. Teleskop-teleskop ini, seluruhnya merupakan instrumen canggih yang bekerja sendiri, tidak dibangun untuk bekerja bersama.

Membuatnya bekerja bersama sebagai satu interferometer yang saling terhubung perlu tim yang besar. Tim ini terdiri dari insinyur, pengamat, ahli teori, dan mereka semua bekerja bersama, tidak hanya untuk memotret cakrawala peristiwa lubang hitam, tetapi juga untuk memahami apa yang sedang kita lihat.

Proyek ini menyatukan lebih dari 200 ilmuwan dari lebih dari 100 institusi, yang seluruhnya harus bekerja dengan penuh improvisasi ketika membangun organisasi baru ini. Mengkoordinasi tim sebesar itu yang tersebar di seluruh dunia hanyalah salah satu dari banyak tantangan yang signifikan.

Dengan proyek yang menetapkan tolok ukur baru untuk kecerdasan manusia, ada banyak celah untuk terjadi kesalahan. Dan, satu demi satu, terjadilah... Kegagalan peralatan... Kegagalan daya listrik... Tidak cukup media penyimpanan untuk menyimpan data...

Percaya atau tidak, di satu titik, beberapa peneliti bahkan pernah ditodong senjata selama pengamatan mereka... Proyek ini segera ada dalam kesulitan...

Lokasi teleskop juga menghadirkan tantangan praktis yang sangat besar. Lingkungan terbaik untuk mengamati langit malam sering kali merupakan tempat tersulit untuk membangun observatorium. Teleskop-teleskop EHT tidak terkecuali.

Situs-situs terpencil mereka tersebar di empat benua, termasuk observatorium di gurun Atacama Chile yang tandus, di atas dataran yang sangat dingin di Antartika dan di puncak gunung berapi tidak aktif di Hawai. Semua teleskop-teleskop ini terletak jauh dari lingkungan manusia, tempat dimana cahaya perkotaan tidak mencemari langit malam.

Namun, bagi para astronom yang berangkat ke teleskop-teleskop itu untuk mengambil data, isolasi adalah masalah terkecil mereka. Tempat yang sangat kering di ketinggian ideal untuk pengamatan, karena tempat-tempat ini terhindar dari uap air di atmosfer yang mengganggu cahaya dari objek-objek astronomi.

ALMA dan APEX berlokasi di dataran Chajnantor, pada ketinggian 5000 meter di gurun tandus Atacama Chile, sebuah tempat yang tidak mendukung kehidupan juga berperan sebagai lokasi uji coba untuk robot penjelajah Mars. Orang yang bekerja di sini harus mengenakan tanki oksigen karena udaranya terlalu tipis untuk bernapas.

Bahaya penyakit ketinggian juga dialami oleh para pengamat di Teleskop James Clerk Maxwell dan Submillimeter Array yang berlokasi di puncak gunung berapi tidak aktif Mauna Kea. Di lokasi terbuka ini, tinggi di atas permukaan air laut, para astronom berisiko menghadapi dehidrasi serius dan serangan sengatan Matahari.

Pada skala temperatur ekstrim yang berlawanan, para pengamat di Teleskop Kutub Selatan di Antartika harus menahan suhu dibawah nol untuk waktu yang lama. Di sini, terdapat tantangan yang unik; di musim dingin Matahari tidak pernah terbit di atas cakrawala, menciptakan satu malam yang berlangsung selama berbulan-bulan. Luar biasa baik untuk teleskop, tetapi melelahkan secara psikologis untuk manusia. Malam-malam tanpa tidur dihabiskan untuk bekerja di daerah yang tidak ramah ini.

Setelah persiapan selama hampir satu dekade, EHT akhirnya siap untuk menggunakan kedelapan teleskop sebagai satu instrumen. 

Pada 5 April 2017, EHT untuk pertama kalinya mengarah ke target yang dipilih, M87*, lubang hitam di pusat sebuah galaksi yang sangat besar Messier 87, sekitar 55 juta tahun cahaya dari Bumi.

Mencoba mengintip ke jantung (pusat) gelap galaksi yang jauhnya puluhan juta tahun cahaya mungkin tampak seperti pilihan yang aneh. Ada banyak lubang hitam yang lebih dekat dengan kita.

Tetapi M87* terpilih secara hati-hati. M87* memiliki dua kelebihan: Ini adalah salah satu lubang hitam terbesar yang diketahui, memberi para astronom kesempatan lebih baik untuk melihatnya dibanding lubang hitam yang lebih kecil di sekitar kita; dan tidak terlalu jauh ke utara maupun ke selatan di langit —sangat penting jika teleskop di seluruh dunia harus mengamatinya pada waktu bersamaan.

Saat malam-malam tanpa tidur itu berakhir, sebuah fase kerja baru dimulai. Untuk mencari tahu apa yang mereka lihat para ilmuwan harus menyatukan dan menganalisis data dengan susah payah.

Dua pusat komputasi, satu di Eropa dan satu di Amerika Serikat, menggabungkan jumlah data yang sangat mengejutkan —sekitar 350 terabyte per hari dari tiap teleskop. Data itu harus disinkronkan dengan jam atom yang sangat presisi sehingga mereka hanya kehilangan 1 detik dalam setiap 10 juta tahun dan kemudian dipindahkan di hard drive khusus berisikan helium.

Membawa barang berharga ini dengan tangan mungkin tampak seperti solusi berteknologi rendah, tetapi drive tersebut berisi data yang sangat banyak sehingga memindahkannya dengan tangan, saat itu adalah cara transmisi data tercepat dalam sejarah.

Setelah berjam-jam tak terhitung lamanya bekerja pada data, sebuah citra mulai berbentuk. Citra ini akan memberitahu ratusan ilmuwan, apakah puluhan tahun kerja mereka telah mencapai apa yang tak tercapai sebelumnya, atau justru menjadi sia-sia.

Meskipun lubang hitam itu sendiri gelap sepenuhnya, mereka mempengaruhi jalur foton (partikel cahaya) yang melintas di sekitarnya dan meninggalkan tanda yang jelas dikenali pada cahaya dari piringan akresi di sekeliling lubang hitam —sebuah piringan besar materi yang secara berangsur-angsur bergerak spiral menuju tuannya.


Materi yang jatuh menjadi sangat terkonsentrasi, menyebabkan gesekan untuk memanaskannya, membentuk plasma yang berpijar. Lintasan cahaya yang dipancarkan oleh gas yang berpijar ini ditentukan oleh lubang hitam: cahaya yang melintas dekat dengannya dibelokkan oleh gravitasi yang sangat kuat, menyusuri tepiannya, tetapi cahaya yang melintas terlalu dekat akan ditangkap, tak pernah akan lolos.

Dilihat dari Bumi menggunakan teleskop radio, efek ini memanifestasikan dirinya sebagai bayangan lubang hitam —suatu daerah tengah gelap membayangi plasma yang bersinar di sekitarnya.

Setelah penghitungan susah payah selama 2 tahun, citra itu akhirnya siap.... Meskipun diambil dari jarak luar biasa sejauh 55 juta tahun cahaya, citra mengungkap sebuah struktur seperti cincin dengan area tengah gelap.

Untuk pertama kalinya dalam sejarah: bayangan sebuah lubang hitam!

Dan kemudian kita melihat sumber pertama kita dan kita lihat cincin itu. Kita melihat cakrawala peristiwa dan kita lihat bayangan itu, daerah gelap itu dan kita tahu segera bahwa kita sedang melihat ke sebuah cakrawala peristiwa lubang hitam dari seluruh sisi sekaligus dalam gambar ini. Kita melihat ke suatu daerah di mana waktu telah berhenti.

Ini adalah bagian Alam Semesta yang sangat berbeda, yang sedang kita lihat untuk pertama kalinya. Maksud saya, ini persis sesuatu yang sedang kita cari tetapi setelah delapan tahun dan seluruh proses panjang itu, beberapa minggu pengambilan citra dan tampaklah pada kita tepat seperti apa yang kita inginkan.

Saya tidak bisa mempercayainya. Yah, saya harus katakan ini sesuatu yang penting sekarang, karena kita benar-benar memiliki citra yang tampak seperti simulasi. 

Ada kecocokan luar biasa antara teori dan eksperimen dan ini menjanjikan terobosan luar biasa pada cakrawala ini. Pencapaian bersejarah ini adalah sebuah batu loncatan dalam pemahaman kita yang terus berkembang tentang Alam Semesta, dan juga menetapkan preseden baru untuk kolaborasi global dalam penelitian ilmiah.

Salah satu yang paling menggembirakan bagi saya adalah tim yang kami bangun, dan fakta bahwa kami melakukan sesuatu yang orang bilang mustahil, dan saat kita pada akhirnya mencapai sesuatu yang orang bilang tidak bisa kita lakukan, ada perasaan luar biasa, dan saya pikir seluruh tim sangat-sangat bangga karena kami telah mencapai sesuatu semacam ini. Ini bukan hanya untuk kami, ini untuk semua orang.

Seiring dengan meluasnya EHT, maka EHT akan mengijinkan kita untuk menyelidiki pertanyaan mendalam yang menarik para peneliti kepada lubang hitam: seberapa baik hukum-hukum fisika kita bertahan di bawah kondisi paling ekstrem yang kita tahu? Bagaimana mekanika gas, radiasi, dan partikel di sekitar lubang hitam bekerja? Teori mana yang benar, dan mana yang akan runtuh dengan observasi yang makin presisi?

Hanya waktu yang akan memberi tahu misteri mana yang selanjutnya akan diungkap oleh EHT.

Ditranskripsi dari naskah ESO (European Southern Observatory). Diterjemahkan oleh Sulistiyowati. Image dari ESO

Posting Komentar

0 Komentar