Lubang Hitam(Black Hole): Adakah kita tahu mengenainya?

Lubang hitam dengan teori daripada Albert Einstein

Lubang hitam merupakan suatu objek yang aneh dan sangat menarik untuk dipelajari.

Albert Einstein merupakan orang pertama yang meramalnya dalam General Theory of Relativity pada tahun 1916. Akan tetapi, John Wheeler yang menemuniya pada tahun 1971.

Lubang hitam merupakan suatu ruangan yang di tengah-tengahnya mengandungi titik ketumpatan yang tidak terhingga, yang dipanggil ketunggalan (singularity). Semua objek akan ‘ditekankan’ ke suatu titik yang tinggi ketumpatannya. Di sekitar kawasan sfera ketunggalan, tarikan graviti adalah begitu besar sehingga tidak ada apa-apa objek boleh terlepas apabila memasukinya termasuk cahaya.

Lubang hitam itu hanya boleh dikesan melalui perilaku bahan di sekelilingnya dimana setakat ini yang biasa ditemui adalah cakera gas dan debu berputar di sekeliling lubang, materi jet yang panas dan berkelajuan tinggi atau sinaran (seperti X-ray) pemancar yang jatuh ke dalam lubang.

Lubang hitam susah dikesan disebabkan ia tidak menghasilkan cahaya malah menarik cahaya ke arahnya. Oleh itu, hanya dengan mengkaji perilaku disekeliling black hole sahaja kita dapat menentukan kedudukannnya

Jenis-jenis Lubang Hitam

Terdapat tiga jenis lubang hitam yang utama iaitu ‘supermassive’ lubang hitam, ‘stellar’ lubang hitam dan ‘intermediate’ lubang hitam.

‘Supermassive’ lubang hitam boleh mempunyai berat bersamaan berbilion matahari dan ianya wujud di pusat-pusat sesuatu galaksi, termasuk galaksi kita sendiri. Kejadiannya masih belum difahami, tetapi kewujudannya merupakan hasil sampingan proses pembentukan galaksi.

Manakala, lubang hitam ‘Stellar’ terbentuk daripada sisa-sisa runtuhan/kematian bintang yang sangat besar dan meletup. Ianya biasa terjadi dalam semua galaksi.

‘Intermediate’ lubang hitam pula terbentuk apabila bintang-bintang di dalam kluster berlanggar sesama sendiri didalam suatu rantaian.

Lubang hitam boleh bersaiz besar atau kecil dimana yang paling kecil sebesar atom tetapi berjisim seperti gunung. Lubang hitam bukanlah berlegar-legar di angkasaraya untuk ‘menelan’ bintang, bulan dan planet-planet.

Tiada lubang hitam yang dekat pun berada dalam sistem suria kita. Suatu fakta lagi adalah, lubang hitam bukanlah ‘menyedut’ objek disekitarnya, tetapi objek tersebut ‘jatuh’ padanya kerana ‘spacetime’ melending pada objek berketumpatan besar.

Jika dahulunya teori menyatakan graviti akan menegangkan objek tersebut sehingga hilang dan akan ‘mati’ sebelum melintasi event of horizon, tetapi kini (pada tahun 2012) ‘Quantum Theory’ menunjukkan kesan quantum menghasilkan ‘dinding’ yang membakar pada event of horizon dan membakar sehingga ‘mati’. Boleh rujuk laman sesawang kertas jurnal tersebut.

Apa itu ‘Event of Horizon’?

Selepas penerbitan ‘The General Theory’, ahli Fizik German Karl Schwarzchild (1873-1916) menemui penyelesaian matematik kepada general teori tersebut yang mengesahkan kewujudan lubang hitam (ianya diberi nama pada sekitar 1967).

Pada awalnya, ide tersebut memberitahu tentang kewujudan suatu objek yang pelik di angkasaraya, sehinggakan Eisntein menyangkalkannya. Secara pelahan, idea kewujudan objek berketumpatan besar ini mula diterima pakai dan menjadi suatu objek yang penting.

Ianya diterbitkan dari formula ‘kinetic energy’ dan ‘gravitational potential energy’. Menyamakan kedua-dua energy tersebut akan terbit suatu persamaan menunjukkan ‘escaping velocity’. Apabila halaju tersebut digantikan dengan halaju cahaya maka r_S ini disebut sebagai ‘Schwarzschild radius’:

r_S=2GM/c^2

Tiada satu pun koordinat fizikal sebenarnya membesar sehingga ‘Schwarzschild radius’, dan objek yang menuju ke arah M akan tahu tiada perubahan dalam gerakannya kerana ia melintasi ‘Schwarzschild radius’.

Apabila objek jatuh, ‘general relativity’ meramalkan bahawa masa bergerak lebih perlahan, berhenti sepenuhnya apabila objek mencapai ‘Schwarzschild radius’. Objek itu kelihatan beku di lokasi tersebut selamanya.

Ketika mana objek itu jatuh, cahaya yang terpancar semakin ‘red-shifted’, dan menjadi tak terhingga pada r = rs, oleh itu objek ‘hilang’ dari pandangan. Pemerhati luar tidak boleh mendapatkan sebarang ‘maklumat’ tentang objek tersebut apabila ia melintasi ‘Schwarzschild radius’.

Atas sebab itu, ‘Schwarzschild radius’ sering dipanggil ‘event of horizon’.

Apabila sesuatu telah memasuki ‘Event of Horizon’, tiada lagi yang boleh mengeluarkan objek tersebut

Satu objek yang mempunyai jisim terletak pada jejari rs dikatakan sebagai lubang hitam.

Untuk membentuk lubang hitam, objek tersebut harus dimampatkan kepada kepadatan luar biasa. Untuk itu, bumi boleh menjadi lubang hitam sekiranya dimampatkan dalam radius sfera kurang daripada 1cm, dan matahari kepada 3km besarnya!

Jejari bintang pada masa medan graviti menjadi cukup kuat untuk cahaya(foton) terperangkap dipanggil ‘Schwarzschild radius’.

Apabila bintang runtuh dan merosot dalam ‘Schwarzschild radius’, ia dikatakan telah melintasi ‘event horizon’. Ini adalah kerana pemerhati luar tidak dapat melihat apa-apa yang berlaku kepadanya selepas itu. Oleh kerana kita tiada daya untuk melihat apa yang berlaku di dalam ‘event horizon’ itu, maka tiada kuasa juga yang boleh menghentikan kejatuhan/kematian bintang tersebut, dan kita beranggapan keadaan itu terus berlaku. Jisimnya tertumpu pada pusatnya, yang dipanggil ketunggalan, kerana secara matematik ianya dipanggil ‘satu titik’.

Kesimpulan

Lubang hitam adalah penting untk difahami kerana ianya suatu ‘jambatan’ untuk menghubungkan ‘Theory of Relativity’ dan ‘Quantum Theory’ yang sudah lama diimpikan untuk membentuk ‘Theory of Everything’. Beberapa cara untuk ‘mententeramkannya’ juga telah diketengahkan, termasuklah ‘String Theory’, ‘Quantum Gravity’, ‘M-Theory’ dan lain-lain. Sungguhpun demikian, masih belum lagi detemuinya.

Wallahua’lam.

-yang terhad pengetahuannya, HA-

Rujukan:
Theodore P. Snow (1991). The Dynamic Universe An Introduction to Astronomy 4th Edition. West Publishing Company US.
Kenneth Krane (1996). Modern Physics 2nd Edition. John Wiley & Sons, Canada.
Stephen Hawking (1995). A Brief History of Time from Big Bang to Black Holes. Bantam Books, UK.
John D Barrow (1994). The Origin of the Universe . The Orion Publishing Group, London.
Christopher Potter (2009). You Are Here. HarperCollins, New York.
Lee Smolin (2013). Time Reborn. Mariner Books, Boston.
http://ift.tt/YT9a1j
http://ift.tt/SxLoD8
http://ift.tt/1TipBCQ

Gambar-gambar diambil dari:
http://ift.tt/2huicTJ
http://ift.tt/2gr2js0
http://ift.tt/2hu9vbQ