Bagaimana Lohong Hitam Boleh Wujud?

1,664

https://shopee.com.my/thepatriotsasia

Pada 10 April 2019, buat pertama kalinya manusia dapat menangkap imej sebenar lohong hitam (black hole) menggunakan Event Horizon Telescope. Lohong hitam tersebut merupakan lohong hitam gergasi yang menjadi pusat galaksi Messier 87 yang terletak 53 juta tahun cahaya daripada bumi. Jisimnya 7 bilion kali lebih berat berbanding jisim matahari.

Imej lohong hitam yang dicerap pada tahun 2019.

John Michell, seorang paderi dan ahli falsafah, merupakan orang pertama yang memberikan renungan tentang kewujudan lohong hitam dalam makalahnya pada tahun 1783. Michell tidak menggelarnya sebagai lohong hitam, tetapi “bintang gelap” (dark star). Michell menerima idea Isaac Newton bahawa cahaya itu dimanifestasi dalam bentuk zarah – pada ketika berlaku perdebatan yang hangat tentang sifat tabii cahaya sama ada ia bersifat gelombang atau zarah.

Melalui idea cahaya bersifat zarah itu, Michell berpendapat bahawa apabila bintang memberikan sinaran cahaya, cahaya tersebut akan bergerak lebih perlahan disebabkan kekuatan graviti bintang tersebut. Kemudian, apabila daya graviti bintang cukup tinggi, cahaya tidak dapat melepasi bintang tersebut.

Menurut Michell, bintang yang 500 kali lebih besar daripada matahari sudah cukup untuk membuatkan cahaya tidak mampu melepasi graviti bintang tersebut. Apabila tiada cahaya yang datang atau dipantulkan daripada bintang itu, ia akan menjadi sukar untuk dilihat. Berikut adalah sebab mengapa Michell memanggilnya sebagai bintang gelap.

Michell pernah mencadangkan, cara untuk mengesan bintang gelap ialah dengan melihat bintang yang beredar seolah-olah ia tidak beredar bersendirian. Tetapi terdapat bintang lain yang beredar bersamanya dan peredarannya dipengaruhi antara satu sama lain – sistem itu dipanggil sebagai sistem bintang binari.

Sistem bintang binari ialah sistem dua bintang yang mengorbit pada satu pusat jisim. Kaedah tersebut telah digunakan oleh ahli fizik zaman sekarang untuk mengesan lohong hitam dalam sistem binari. Idea Michell terkedepan daripada zamannya dan tidak memberikan impak yang besar ketika Michell masih hidup. Ideanya dilupakan sehinggalah awal kurun ke-20.

Lohong hitam terbentuk hasil daripada kematian bintang. Hampir kesemua objek berjisim mempunyai potensi untuk menjadi lohong hitam. Lohong hitam dapat dibentuk apabila objek berjisim dimampatkan sehingga mencapai radius Schwarzchild.

Sebagai contoh, matahari yang mempunyai diameter sebanyak 1.39 juta kilometer perlu dimampatkan sehingga berdiameter sebesar 3 kilometer untuk menjadi lohong hitam. Malah, manusia pun mampu menjadi lohong hitam kerana manusia mempunyai jisim. Secara purata, manusia perlu dimampatkan sehingga 1025 meter untuk menjadi lohong hitam.

Namun begitu, bukan semua bintang yang mati akan menjadi lohong hitam. Hal ini demikian kerana, tidak semua bintang mampu menghasilkan letupan supernova yang bertanggungjawab memberikan tenaga yang kuat untuk memampatkan jisim bintang.

Bintang yang jauh lebih berat daripada matahari mempunyai kemampuan untuk menjadi lohong hitam. Sebaliknya bintang yang lebih kecil akan menjadi kerdil putih (white dwarf) atau bintang neutron. Matahari akan mati menjadi kerdil putih pada satu hari nanti. Dianggarkan bahawa, matahari mempunyai hayat sehingga 6.5 bilion tahun lagi.

Setiap bintang mempunyai dua daya yang membuatkannya untuk terus hidup, iaitu daya nuklear dan daya graviti yang saling berlawananan antara satu sama lain. Daya nuklear menjalankan proses pelakuran yang membakar hidrogen untuk membuatkan bintang terus hidup. Daya nuklear memberikan suhu dan tekanan yang tinggi untuk berlawan dengan daya graviti.

Pelakuran nuklear berfungsi sebagai relau yang menghasilkan unsur-unsur lain yang lebih berat. Contohya, matahari melakurkan hidrogen dan menghasilkan helium. Namun, oleh sebab suhu yang tidak cukup tinggi, helium tidak dapat dilakurkan untuk menjadi unsur yang lebih berat.

Terdapat bintang-bintang yang tinggi kandungannya bagi unsur karbon, oksigen, nitrogen dan neon. Karbon dan oksigen terhasil daripada pelakuran helium. Pelakuran unsur karbon memerlukan suhu melebihi 5×108 K dan ketumpatan yang lebih tinggi. Bintang tersebut mempunyai jisim paling kurang lapan kali ganda lebih berat daripada jisim matahari. Jisim yang berat turut mempunyai suhu yang tinggi kerana suhu tersebut bertanggungjawab untuk melawan daya gravitinya yang juga tinggi.

Pelakuran karbon akan menghasilkan unsur-unsur yang lebih berat seperti magnesium, sodium dan neon. Pelakuran unsur yang lebih berat memerlukan suhu yang lebih tinggi. Pelakuran neon memerlukan suhur sekitar 1.2×109 K dan pelakuran oksigen pula memerlukan suhu sekitar 1.5×109 K hingga 2.6×109 K. Pelakuran silikon pula memerlukan suhu hingga 2.7 – 3.5 bilion K dan paling kurang bintangnya perlu mempunyai jisim 8-11 kali ganda daripada jisim matahari.

Antara punca kematian bintang yang berganda lebih berat daripada matahari ialah kemampuan bintang-bintang itu menghasilkan unsur-unsur berat. Produk atau hasil pelakuran unsur berat tidak menghasilkan tenaga bagi meneruskan pembakaran bintang.

Contohnya, silikon berlakur dengan helium akan menghasilkan sulfur tanpa tenaga. Sama juga seperti sulfur berlakur dengan helium yang akan menghasilkan argon tanpa tenaga. Hal tersebut  berlainan pula dengan pelakuran unsur-unsur ringan. Hidrogen berlakur dengan hidrogen akan menghasilkan helium serta tenaga yang amat kuat. Begitu juga dengan proses pelakuran unsur ringan yang lain.

Sekiranya tenaga tidak dapat dihasilkan, ketidakseimbangan akan berlaku antara tekanan daya nuklear dan kekuatan daya graviti. Kemudian, daya graviti menguasai bintang lalu teras bintang akan musnah. Apabila teras bintang musnah, daya graviti akan menarik kesemua unsur-unsur bintang. Seterusnya, bintang pun mati dalam bentuk letupan supernova. Akhirnya, terbentuklah lohong hitam yang amat tumpat.

Proses runtuhan graviti akibat kehabisan tenaga nuklear.

Lohong hitam mempunyai ketumpatan dan kekuatan graviti yang tidak terhingga (infinite). Kekuatan graviti lohong hitam begitu kuat sehinggakan cahaya tidak mampu terlepas apabila melaluinya.

Roket memerlukan kelajuan 40,320 km/j untuk berlepas daripada graviti bumi supaya dapat terbang ke angkasa. Kelajuan setinggi 2,160,000 km/j diperlukan untuk berlepas daripada graviti matahari kerana graviti matahari lebih kuat daripada bumi. Cahaya pula mempunyai kelajuan 1,080,000,000 km/j (300,000,000 m/s). Maka dengan itu, hal tersebut memberi gambaran bahawa dengan kelajuan setinggi itu pun, cahaya yang merupakan objek paling pantas di alam ini tidak mampu terlepas daripada graviti lohong hitam.

Lohong hitam mempunyai dua struktur fizikal iaitu ufuk peristiwa (event horizon) dan ketunggalan (singularity). Ufuk peristiwa ialah permukaan lohong hitam dan ketunggalan ialah apa yang terkandung di dalam lohong hitam. Ketunggalan tidak mempunyai permukaan dan isi padu serta mempunyai ketumpatan yang tidak terhingga. Ia terhasil daripada herotan ruang-masa (space-time distortion). Manusia tidak mempunyai pengetahuan yang banyak tentang ciri-ciri fizikal ketunggalan.

Gambaran lohong hitam.

Terdapat dua persoalan popular yang sering ditanya berkenaan lohong hitam. Pertama, apa yang akan berlaku sekiranya anda masuk ke lohong hitam? Jawapan mudahnya, anda akan mati.

Apabila anda mula masuk ke ufuk peristiwa, anda tidak akan dapat berpatah balik lagi. Oleh sebab graviti lohong hitam yang amat kuat, masa bergerak lebih perlahan di sisi anda. Malah, masa terus membeku. Di luar lohong hitam pula, anda akan perhatikan masa bergerak sangat laju.

Sekiranya anda berjaya keluar daripada lohong hitam dan kembali ke bumi, anda mungkin akan berada di bumi yang beribu atau jutaan tahun ke hadapan. Ribuan dan jutaan tahun telah berlalu sewaktu anda berada di lohong hitam.

Apabila anda terus menuju ke arah ketunggalan, anda akan ditarik seperti mana getah ditarik. Tetapi biasanya getah ditarik dengan lurus. Anda bayangkan sekiranya getah ditarik dalam keadaan berpusing sehingga menjadi seperti maggi. Ahli fizik memanggil proses ini “spaghettification”. Dengan kata mudah, tubuh badan anda putus dalam tempoh yang amat singkat.

Persoalan kedua pula, sekiranya matahari digantikan dengan lohong hitam, apa yang akan berlaku kepada bumi dan planet-planet lain dalam sistem suria? Anda mungkin mempunyai andaian bahawa bumi dan planet-planet lain akan disedut oleh lohong hitam. Tetapi hakikatnya tidak. Bumi dan planet-planet lain akan beredar mengelilingi lohong hitam seperti mana ia pernah beredar mengelilingi matahari.

Cuma, suasananya bertukar menjadi lebih gelap dan sejuk. Walaupun graviti lohong hitam amat kuat, sama ada ditarik atau tidak bergantung pada saiznya. Sekiranya terdapat lohong hitam bersaiz bola sepak di hadapan anda, anda tidak akan mudah disedut kerana saiznya yang kecil, melainkan anda mula menyentuh permukaannya.

Lohong hitam mempunyai pelbagai saiz dan lohong hitam gergasi terletak di pusat galaksi. Pusat galaksi kita, iaitu galaksi Bima Sakti menempatkan lohong hitam gergasi yang mempunyai jisim 4.6 juta kali ganda lebih berat daripada jisim matahari. Lohong hitam paling besar yang diketahui oleh manusia mempunyai jisim seberat 40 bilion kali ganda daripada jisim matahari dan mempunyai diameter seluas 237 bilion km.

Lohong hitam akan membesar saiznya apabila ia menelan bintang-bintang dan planet-planet. Malah, apabila terdapat dua lohong hitam berlanggar, ia akan bergabung menjadi satu lohong hitam yang lebih besar.

Lohong hitam juga tidak hidup selama-lamanya. Lama-kelamaan (googol tahun lamanya), lohong hitam akan tersejat dengan melepaskan sinaran yang dipanggil sebagai “sinaran Hawking” (Hawking radiation). Tiada siapa yang dapat menyaksikan lohong hitam pertama yang mati.

—–

Anda sebenarnya sedang membaca sebahagian daripada buku terbaru kami, GENESIS tulisan ZAMIR MOHYEDIN. Kalau anda berminat, boleh dapatkan di Shopee kami kerana terdapat pra-tempah sedang dibuka sekarang! Dapatkan bersama dengan Mantera Alam Melayu.

Buka pautan dibawah:

Kombo: bit.ly/kombosihirsain
Mantera:
bit.ly/manteranaim1
Gensiss:
bit.ly/genesiszamir1

Anda mungkin juga berminat

Ruangan komen telah ditutup.