BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Lubang hitam telah diteliti secara mendalam dan detail selama lebih dari empat puluh tahun yang silam sejak lahirnya teori Relativitas Umum yang dipelopori oleh Albert Einsten. Namun, hampir semua penelitian sebelumnya telah difokuskan pada lubang hitam yang terisolasi. Di sisi lain, tidak dapat pula dikesampingkan situasi yang penting dan lebih realistis di mana lubang hitam benar-benar termuat dalam sebuah latar belakang alam semesta. Oleh karena itu, lubang hitam dalam sebuah latar belakang alam semesta merupakan topik yang sangat penting untuk dikaji lebih lanjut. Perumusan mengenai lubang hitam yang tidak terisolasi dimulai oleh McVittie pada tahun 1933. McVittie menemukan metrik untuk partikel yang bermassa di dalam semesta yang mengembang. Metrik ini memberikan contoh konkrit untuk sebuah lubang hitam Schwarzchild yang termuat dalam semesta Frieedman -Robertson-Walker (FRW), meskipun belum ada gagasan mengenai lubang hitam pada saat itu. Selanjutnya pada tahun 1993, solusi untuk multi-blackhole pada multi-blackhole pada latar belakang semesta deSitter
ditemukan
oleh
Kastor
dan
Traschen.
Solusi
Kastor-Traschen
menggambarkan. Sistem dinamis lubang hitam dari Reissner-Nordström yang ekstrim di latar belakang semesta deSitter. Metrik ini menggambarkan lubang hitam yang bergerak terhadap satu sama lain yang mengikuti lintasan alam dalam ruang-waktu semesta deSitter. Selanjutnya pada tahun 1999, Shiromizu dan Gen melanjutkan dinamika lubang hitam Reissner-Nordstrom untuk versi yang berputar dalam semesta deSitter.
1
2
Kemudian pada tahun 2000 oleh K. Nayak dan dkk. mempelajari mengenai lubang hitam Schwarzchild dan Kerr dalam semesta Einsten yang tidak datar. B. Rumusan Masalah
Rumusan masalah pada makalah ini adalah sebagai berikut: 1. Apa itu lubang hitam dan lubang cacing ? 2. Bagaimana asal mula terjadinya Lubang hitam? 3. Apa saja teori Lubang hitam? 4. Bagaimana cara menggali lubang hitam? 5. Bagaimana Pertumbuhan Lubang hitam? C. Tujuan Makalah
Tujuan pada makalah ini adalah sebagai berikut: 1. Untuk mengetahui lubang hitam dan lubang cacing. 2. Untuk mengetahui asal mula terjadinya Lubang hitam. 3. Untuk mengetahui teori Lubang hitam. 4. Untuk mengetahui bagaimana cara menggali lubang hitam. 5. Untuk mengetahui Bagaimana cara pertumbuhan lubang hitam.
BAB II TINJAUAN TEORITIS
A. Definisi Lubang Hitam Dan Lubang Cacing 1. Lubang hitam
Lubang hitam adalah sebuah pemusatan massa yang cukup besar sehingga menghasilkan gaya gravitasi yang sangat besar. Gaya gravitasi yang sangat besar ini mencegah apapun lolos darinya kecuali melalui perilaku terowongan kuantum. Tak ada sesuatu, termasuk radiasi elektromagnetik yang dapat lolos dari gravitasinya, bahkan cahaya hanya dapat masuk tetapi tidak dapat keluar atau melewatinya, dari sini diperoleh kata "hitam". Istilah "lubang hitam" telah tersebar luas, meskipun ia tidak menunjuk ke sebuah lubang dalam arti biasa, tetapi merupakan sebuah wilayah di angkasa di mana semua tidak dapat kembali. Secara teoritis, lubang hitam dapat memliki ukuran apa pun, dari mikroskopik sampai ke ukuran alam raya yang dapat diamati. Kecepatan lubang hitam tersebut setelah diukur mencapai lebih dari 400.000 kilometer per jam dan ukuran lubang hitam sangat bervariasi, sejak yang super padat dengan berat jutaan atau bahkan miliaran berat matahari hingga massa bintang yang lebih ringan. Bintang-bintang di alam semesta (jauh lebih besar daripada matahari) tidak akan lenyap dalam periode jutaan tahun seperti massa yang lebih kecil. Bintang bintang itu baru lenyap bila terjadi ledakan nuklir yang sangat besar. Ledakan yang dikenal sebagai supernova terjadi bila gravitasi bintang menjadi sangat kuat sehingga menghancurkan dirinya sendiri. Tetapi pada beberapa bintang, gravitasinya amat besar sehingga penghancuran terus menerus terjadi, merusak segala sesuatu di dalamnya. Kepadatan benda itu terus meningkat dan memaksa gravitasi terus meningkat pula, sampai tak ada satupun yang bebas dari pengaruhnya, bahkan cahaya sekalipun. Hasilnya adalah “Blackhole” alias
3
4
Lubang Hitam. Apapun yang masuk ke dalam tarikan gravitasi objek tersebut tidak bisa melarikan diri. Meskipun tak tampak, lubang hitam bisa dideteksi dengan satelit sinar-X. Lubang hitam pertama ditemukan di sistem perbintangan Cygnus tahun 1972. 2. Lubang Cacing
Lubang cacing adalah sebuah objek yang dapat berfungsi sebagai terowongan intergralaktik. Meskipun namanya lubang cacing tetapi objek ini tidak ada hubungannya dengan lubang ataupun cacing. Lubang cacing merupakan suatu struktur dalam ruang-waktu yang dapat menghubungkan dua daerah berjauhan di alam semesta. Dengan menggunakan lubang cacing, perjalanan yang normalnya memakan waktu ribuan tahun cahaya dapat ditempuh dalam waktu singkat. Lubang cacing berbeda dari lubang hitam. Lubang hitam memang menyerap semua materi dan gelombang akan tetapi materi dan gelombang ini tidak dimuntahkan kembali oleh lubang hitam ke suatu tempat di alam semesta. Benda yang sudah masuk ke lubang hitam akan terkoyak-koyak sampai pada level atom dan menyatu dengan jantung lubang hitam. Sementara itu, benda yang masuk ke lubang cacing akan muncul lagi ke suatu tempat di alam semesta. Istilah lubang cacing berasal dari analogi apel. Alam semesta kita diibaratkan permukaan sebuah apel dan kita diibaratkan sebagai seekor semut yang hanya bisa berjalan di atas permukaan apel. Konsep tentang lubang cacing lahir secara tidak sengaja di tangan Einstein. Lubang cacing awalnya tidak dianggap sebagai jalan pintas yang menghubungkan dua tempat berjauhan di alam semesta. Pada tahun 1935, Einstein bersama dengan Nathan Rosen mencoba merumuskan teori tentang partikel fundamental (seperti elektron) menggunakan teori relativitas umum. Einstein ingin menjadikan teorinya sebagai Theory of Everything , teori yang tidak hanya menjelaskan ruang dan waktu melainkan juga segala sesuatu yang ada di dalamnya, yang tentunya tersusun dari partikel fundamental. Dengan analisa matematika yang kompleks dan rumit, lahirlah objek yang dikenal dengan nama jembatan Einstein-Rosen (Einstein-Rosen bridge). Sayangnya usaha Einstein ini tidak berhasil. Akan tetapi sisa-sisa pekerjaan Einstein
5
ini tidak lenyap seluruhnya. Jembatan Einstein-Rosen justru menjadi objek kajian tersendiri dan sekarang kita menyebutnya dengan nama lubang cacing. B. Proses Lubang Hitam
Istilah lubang hitam yang pertama kali diberikan oleh John Archibald Wheeler pada 1969 sebagai ganti nama yang terlalu panjang, yaitu completely gravitational collapsed stars. Wheeler memberi nama demikian karena singularitas ini tak bisa dilihat. Mengapa demikian? Penyebabnya tidak lain karena cahaya tak bisa lepas dari kungkungan gravitasi singularitas yang maha dahs yat ini. Daerah di sekitar singularitas atau lazimnya disebut sebagai Horizon Peristiwa (radiusnya dihitung dengan rumus jari-jari Schwarzschild): 2GM
R=
C2
(II.1)
Dimana: G = 6,67 x 10-11 Nm2kg-2 M = kg massa lubang hitam C = cepat rambat cahaya menjadi gelap. Itulah sebabnya, wilayah ini disebut sebagai lubang hitam. Teori adanya lubang hitam pertama kali diajukan pada abad ke-18 oleh John Michell dan Pierre-Simon Laplace,
selanjutnya
dikembangkan
oleh
astronom
Jerman
bernama
Karl
Schwarzschild, pada tahun 1916, dengan berdasar pada teori relativitas umum dari Albert Einstein, dan semakin dipopulerkan oleh Stephen William Hawking. Pada saat ini banyak astronom yang percaya bahwa hampir semua galaksi di alam semesta ini mengelilingi lubang hitam pada pusat galaksi termasuk galaksi bimasakti. C. Teori Lubang Hitam 1. Teori Relativitas Umum
Pada 1976, pakar astrofisika ternama, Stephen Hawking mengemukakan teori bahwa lubang hitam terbentuk dari bintang raksasa yang tekanan gravitasinya luar
6
biasa besar sehingga menarik energi dan materi di dekatnya. Energi dan materi itu diyakininya akan musnah ditelan lubang hitam. 2. Teori Fisika Kuantum
Teori fisika kuantum berlawanan dengan teori relativitas umum. Teori fisika kuantum menyatakan bahwa materi dan energi tidak bisa dihancurkan, namun hanya berganti wujud. Hawking sempat menyatakan kalau sejatinya materi yang terisap lubang hitam akan mengalir menuju jagad raya baru. Tetapi setelah dipikir kembali oleh Hawking, ia akhirnya menyatakan bahwa lubang hitam tidak menghancurkan segala yang diisapnya, namun menyimpan apa yang diisapnya dalam waktu lama. Setelah lubang hitam rusak dan mati, apa yang pernah diisapnya dipancarkan kembali ke jagad raya dalam keadaan tercerai-berai. Pemikiran baru Hawking yang radikal ini diungkapkannya dalam Konferensi Internasional Mengenai Gravitasi dan Relativitas Umum ke 17 di Dublin, Irlandia. 3. Teori Evolusi Bintang
Menurut teori evolusi bintang, lubang hitam berasal dari sejenis bintang biru yang memiliki suhu permukaan lebih dari 25,000 oC. Ketika pembakaran hidrogen di bintang biru yang memakan waktu kira-kira 10 juta tahun, ia menjadi bintang biru raksasa. Kemudian, bintang itu menjadi dingin dan menjadi bintang merah raksasa. Dalam fase itulah, akibat tarikan gravitasi-nya sendiri, bintang merah raksasa mengalami ledakan dahsyat atau disebut dengan Supernova dan menghasilkan dua jenis bintang yaitu bintang Netron dan lubang hitam. Pengamatan dari teleskop sinar-X ruang angkasa selama lebih dari satu dekade menunjukkan kekuatan tarikan gravitasi lubang hitam menyebabkan banyak bintang yang hancur dan ditelan olehnya. Ahli-ahli astronomi sudah berhasil mengamati bagaimana proses lubang hitam menyedot gas yang berterbangan di sekitarnya. Gas yang disedot itu menjadi panas
7
sehingga memancarkan radiasi dalam berbagai panjang gelombang, mulai dari gelombang radio hingga gelombang sinar-X. D. Cara Menggali Lubang Hitam
Cara para astronom untuk dapat mengenali keberadaan sebuah lubang hitam, Mereka menggunakan metode tak langsung melalui pengamatan bintang ganda yang beranggotakan bintang kasat mata dan sebuah objek tak tampak. Beruntung, semesta menyediakan sampel bintang ganda dalam jumlah yang melimpah. Kenyataan ini bukanlah sesuatu yang mengherankan, sebab bintang-bintang memang terbentuk dalam kelompok. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa di galaksi kita, Bima Sakti terdapat banyak bintang yang merupakan anggota suatu gugus bintang. Dalam sebuah sistem bintang ganda berdekatan, objek yang lebih besar dapat menarik materi dari bintang pasangannya. Demikian pula dengan lubang hitam, lubang hitam menarik materi dari bintang pasangan dan membentuk cakram akresi di sekitarnya. Bagian dalam dari cakram yang bergerak dengan kelajuan mendekati kelajuan cahaya, akan melepaskan energi potensial gravitasinya ketika jatuh ke dalam lubang hitam.Energi yang sedemikian besar diubah menjadi kalor yang akan memanaskan molekul-molekul gas hingga akhirnya terpancar sinar-X dari cakram akresi tersebut. Sinar-X yang dihasilkan inilah yang digunakan oleh para astronom untuk mencurigai keberadaan sebuah lubang hitam dalam suatu sistem bintang ganda. Untuk lebih meyakinkan bahwa bintang kompak tersebut benar-benar lubang hitam maka astronom menaksir massa objek tersebut dengan perangkat matematika yang disebut fungsi massa. Bila diperoleh massa bintang kompak lebih dari 3 kali massa Matahari, besar kemungkinan objek tersebut adalah lubang hitam. E. Pertumbuhan Lubang Hitam
Sebuah penelitian menyatakan bahwa black hole dan galaksi saling membantu pertumbuhan
masing-masing. Dalam salah satu
penyelidikan,
para
peneliti
mendapatkan bahwa galaksi-galaksi dan black hole tampak tumbuh terus selama terjadi proses kelahiran bintang-bintang. Observasi menunjukkan adanya hubungan erat
8
antara kelahiran bintang (yang berarti pertumbuhan galaksi) dengan pertumbuhan black hole di beberapa galaksi yang pada jarak 10 milyar tahun cahaya dari Bumi. Para astronom menduga hubungan itu merupakan hubungan timbal balik dimana penggabungan galaksi satu dengan galaksi lain telah memicu pembentukan bintang. Di lain pihak, proses itu sekaligus memberi "bahan bakar" bagi black hole untuk tumbuh karena ia juga mendapatkan lebih banyak materi untuk dihisap. Hasil penelitian di atas semakin menambah bukti adanya kerjasama konstruksi yang pada akhirnya menghasilkan galaksi-galaksi raksasa berisi bintang-bintang tua dan didominasi black hole di pusatnya. Lubang hitam memiliki massa yang dapat terus bertambah dengan cara menangkap semua materi didekatnya. Semua materi tidak bisa lari dari jeratan lubang hitam jika melintas terlalu dekat. Jadi obyek yang tidak bisa menjaga jarak yang aman dari lubang hitam akan terhisap. Berlainan dengan reputasi yang disandangnya saat ini yang menyatakan bahwa lubang hitam dapat menghisap apa saja disekitarnya, lubang hitam tidak dapat menghisap material yang jaraknya sangat jauh dari dirinya. dia han ya bisa menarik materi yang lewat sangat dekat dengannya. Bumi dalam bahaya jika hanya berjarak 10 mil dari “Black Hole”, tetapi hal ini tidak akan terjadi karena bumi berjarak 93 juta mil dari matahari. Lubang hitam juga dapat bertambah massanya dengan cara bertubrukan dengan lubang hitam dan bersatu menjadi lubang hitam yang jauh lebih besar.
BAB III PENUTUP
A. Kesimpulan
Kesimpulan pada makalah ini adalah sebagai berikut: 1. Lubang hitam adalah sebuah pemusatan massa yang cukup besar sehingga menghasilkan gaya gravitasi yang sangat besar. Gaya gravitasi yang sangat besar ini mencegah apapun lolos darinya kecuali melalui perilaku terowongan kuantum sedangkan Lubang cacing adalah sebuah objek yang dapat berfungsi sebagai terowongan intergalaktik. 2. Asal mula lubang Hitam terjadi karena cahaya tak bisa lepas dari kungkungan gravitasi singularitas yang maha dahsyat ini. Daerah di sekitar singularitas atau lazimnya disebut sebagai Horizon Peristiwa (radiusnya dihitung dengan rumus jari jari Schwarzschild. 3. Teori yang menjelaskan tentang lubang hitam ada tiga yakni teori relativitas umum,teori fisika kuantum dan teori evolusi bintang. 4. Cara untuk dapat mengenali keberadaan sebuah lubang hitam, adalahdengan menggunakan metode tak langsung melalui pengamatan bintang ganda yang beranggotakan bintang kasat mata dan sebuah objek tak tampak. 5. Pertumbuhan bintang menurutdugaan ada dua yakni adanya hubun gan timbal balik dimana penggabungan galaksi satu dengan galaksi yang lain telah memicu pembentukan bintang. B. Saran
Untuk pembuatan makalah selanjutnya agar lebih baik dari ini dan materinya lebih lengkap. Sebaiknya pembaca lebih memperluas materi dalam makalah ini agar pembaca pembaca lebih memahami materi yang dijelaskan pada makalah ini.
9
10
DAFTAR PUSTAKA
A. Einstein and N. Rosen. 1935. The Particle Problem In The General Theory of Relativity. Phys. Rev. 48, 73-77 Morris, M. S., & Thorne, K. S. 1988. Wormhole In Spacetime and Their Use For Interstellar Travel: A Tool For Teaching General Relativity. American Journal of Physics , Volume 56. Evamulyana98. 2018. http://blogbintang.com/pengertian-galaksi-bima-sakti (diakses tanggal 3 Desember 2018). Howell. 2017. https://www.space.com/26078-how-many-stars-are-there.html (diakses tanggal 3 Desember 2018) Stphen Hawking. 2015. Into The Universe With Stephen Hawking The Story of Everything. https://www.youtube.com/watch?v=dpma-J68Etc. (diakses tanggal 3 Desember 2018).