[비즈한국] Pada tahun 2019, para astronom berhasil menangkap penampakan lubang hitam supermasif di pusat galaksi elips raksasa M87. Ini adalah pencapaian yang diraih melalui proyek bersejarah 'Event Horizon Telescope' (EHT), yang mengerahkan jaringan teleskop radio di seluruh penjuru Bumi, dari Kutub Utara hingga Kutub Selatan. Kemudian pada tahun 2022, mereka juga berhasil menangkap citra lubang hitam Sagittarius A* yang berada di pusat galaksi Bima Sakti kita. Meskipun jaraknya jauh lebih dekat, alasan mengapa pengamatan lubang hitam di pusat galaksi kita memakan waktu lebih lama adalah karena kepadatan bintang dan awan debu yang sangat tebal, sehingga pandangan terhalang dan pengambilan gambarnya menjadi lebih sulit.
Mungkin Anda berpikir bahwa mengambil foto lubang hitam adalah hal yang mustahil. Bukankah nama "lubang hitam" itu sendiri diberikan karena gravitasinya yang begitu kuat sehingga bahkan cahaya pun tidak dapat lolos darinya? Lalu, bagaimana mungkin kita bisa memotret sesuatu yang tidak memancarkan cahaya sama sekali?
Itu benar. Secara teknis, memotret lubang hitam itu sendiri memang mustahil. Namun, kita dapat melihat cahaya yang lolos dari luar cakrawala peristiwa (event horizon) lubang hitam tersebut. Lubang hitam menarik banyak materi di sekitarnya dengan gravitasi yang sangat kuat. Materi yang berputar cepat di dekat lubang hitam akan memanas dan memancarkan cahaya. Jejak cahaya itulah yang terlihat pada gambar hasil pengamatan tahun 2019 dan 2022.
Baik lubang hitam di pusat M87 maupun pusat Bima Sakti menunjukkan fitur berupa cincin cahaya yang khas, dengan bagian tengah yang tampak hitam kosong. Di situlah tersembunyi cakrawala peristiwa, kegelapan paling pekat di alam semesta di mana bahkan cahaya pun tidak bisa keluar. Segala sesuatu yang masuk ke dalam cakrawala peristiwa tidak akan pernah bisa lolos. Lubang hitam itu sendiri hanyalah sebuah titik, tetapi astronom biasanya membandingkan skala lubang hitam berdasarkan ukuran cakrawala peristiwanya. Sayangnya, tidak ada yang tahu apa yang terjadi di dalam cakrawala peristiwa. Namun, kita dapat melihat cincin cahaya yang datang dari cahaya yang melintasi ruang-waktu yang melengkung ekstrem di sekitar lubang hitam. Apa yang terlihat seperti donat oranye itulah bayangan lubang hitam yang berhasil dikonfirmasi oleh umat manusia.
Data yang diamati oleh teleskop Event Horizon kini terbuka untuk umum dan dapat diakses siapa saja. Namun, baru-baru ini, sejumlah astronom yang menganalisis ulang data arsip tersebut melontarkan isu menarik. Mereka menyatakan bahwa gambar lubang hitam berbentuk donat oranye yang kita kenal luas sebenarnya salah. Mereka mengklaim tidak dapat mereproduksi gambar lubang hitam berbentuk donat oranye seperti yang dibuat oleh tim Event Horizon Telescope. Apakah foto lubang hitam yang kita lihat selama ini benar-benar salah?
Kedua lubang hitam yang dibidik oleh EHT sebenarnya tampak sangat kecil di langit. Lubang hitam Sagittarius A* di pusat Bima Sakti memiliki massa sekitar 4 juta kali massa Matahari. Ukuran cakrawala peristiwanya hanya sekitar 160 juta km, kira-kira seukuran diameter orbit Merkurius! Namun, lubang hitam ini berjarak 27.000 tahun cahaya dari Bumi. Di langit Bumi, cakrawala peristiwa lubang hitam ini hanya terlihat selebar 0,00001°, sangat kecil hingga tampak seperti sebuah titik. Analogi sederhananya, seperti melihat donat kecil dari jarak sejauh Bulan. Hal yang sama juga berlaku untuk lubang hitam di pusat M87.
Untuk membedakan benda langit sekecil itu dengan jelas, diperlukan teleskop yang sangat besar, setara dengan ukuran Bumi. Tentu saja, kita tidak bisa membangun teleskop sebesar itu. Sebagai gantinya, para astronom menggunakan metode sinkronisasi dan penggabungan data pengamatan dari teleskop radio yang tersebar di seluruh dunia. Metode pengamatan satu benda langit dengan beberapa teleskop radio ini disebut interferometri radio.
Namun, interferometri radio memiliki keterbatasan inheren. Cara paling ideal adalah mengisi seluruh permukaan Bumi dengan teleskop radio, tetapi itu mustahil. Akibatnya, terdapat celah di berbagai titik di antara teleskop-teleskop raksasa tersebut. Ini seperti mencoba melihat bayangan di cermin yang berlubang-lubang alih-alih menggunakan satu cermin utuh yang mulus. Oleh karena itu, para astronom menggunakan algoritma kecerdasan buatan untuk melengkapi gambar lubang hitam dengan melacak bagaimana tampilan di antara celah-celah cermin yang tidak terisi tersebut.
Baru-baru ini, sekelompok astronom Jepang yang dipimpin oleh Makoto Miyoshi menganalisis apakah hasil pengamatan EHT tahun 2022 terhadap lubang hitam pusat Bima Sakti dapat direproduksi secara akurat. Hasilnya, mereka tidak dapat menciptakan kembali gambar lubang hitam berbentuk donat oranye yang terkenal itu. Sebaliknya, yang muncul hanyalah gumpalan gambar tanpa bentuk cincin. Hal ini menimbulkan masalah bahwa mungkin mustahil untuk membedakan dengan jelas antara cincin cahaya di sekitar lubang hitam dan cakrawala peristiwa hanya dengan menggunakan pengamatan EHT yang ada saat ini.
Salah satu poin inti dari masalah yang mereka ajukan adalah bahwa ukuran cincin cahaya yang diimplementasikan dalam gambar lubang hitam yang ada hampir sama dengan batas resolusi yang dapat dijangkau oleh EHT.
Dalam astronomi, seberapa tersebar cahaya dari sumber cahaya disebut sebagai 'Point spread function' (PSF). Cahaya yang seharusnya terlihat sebagai satu titik akan tampak bulat dan menyebar ke segala arah setelah melewati teleskop. Bentuk ini disebut PSF. Tim peneliti yang mengangkat masalah ini berpendapat bahwa mempertimbangkan tata letak dan kinerja teleskop yang digunakan saat itu, batas PSF yang membuat bayangan tampak kabur hampir sama dengan cincin cahaya yang ada di foto. Jadi, mereka mengklaim bahwa alih-alih bentuk cincin cahaya yang tajam, kita justru melihat gumpalan yang menyatu.
Mereka secara khusus mengklaim bahwa terjadi semacam kesalahan dalam proses penggunaan algoritma kecerdasan buatan oleh tim EHT untuk merekonstruksi gambar. Saat itu, tim EHT merekonstruksi data pengamatan berdasarkan model gambar lubang hitam yang dibuat secara teoretis. Namun, model gambar teoretis itu sendiri sejak awal sudah berupa gambar berbentuk cincin cahaya dalam situasi paling ideal. Oleh karena itu, mereka menunjukkan bahwa karena algoritma dilatih berdasarkan gambar berbentuk cincin yang ideal—yang tidak sesuai dengan kinerja atau keterbatasan pengamatan sebenarnya—ada kemungkinan bahwa gambar berbentuk cincin tersebut muncul sebagai artefak palsu.
Pada Juni 2022, tim peneliti EHT merilis tanggapan resmi atas kritik tim Miyoshi. Mereka menyatakan menyambut baik verifikasi publik atas hasil pengamatan mereka, namun menunjukkan bahwa tim Miyoshi telah salah memahami hasil pengamatan mereka. Namun, mereka tidak memberikan penjelasan mendetail lebih lanjut. Akhirnya, tim Miyoshi merilis makalah yang menyatakan bahwa terdapat masalah fatal dalam analisis gambar lubang hitam pusat galaksi M87, dan bahwa cincin cahaya tersebut adalah ilusi yang tidak teramati secara nyata. Mereka kemudian menuntut tim EHT untuk memberikan bantahan dan bukti yang lebih rinci.
Setelah beberapa bulan diam tanpa bantahan berarti, tim EHT akhirnya mengunggah artikel rinci di blog resmi mereka pada 29 Oktober 2024 untuk menyanggah analisis tim Miyoshi.
Pertama, tim EHT menunjukkan bahwa tim Miyoshi tidak mempertimbangkan variabilitas lubang hitam pusat Bima Sakti secara memadai. Lubang hitam di pusat Bima Sakti jauh lebih kecil dalam hal massa dan ukuran dibandingkan lubang hitam di pusat M87. Karena itu, ukuran cakrawala peristiwanya lebih kecil dan materi yang terperangkap berputar lebih cepat. Cahaya di sekitar lubang hitam juga lebih cepat berfluktuasi dan terus berubah bentuk. Faktanya, cahaya di sekitar Sagittarius A* diperkirakan berfluktuasi setiap 10 menit. Tim EHT menyatakan bahwa mereka telah mempertimbangkan variabilitas ini dan merekonstruksi gambar lubang hitam sesuai perubahan waktu satu per satu. Sebaliknya, mereka menunjukkan bahwa analisis tim Miyoshi tidak mempertimbangkan variabilitas ini dengan cukup.
Selain itu, mereka juga menyajikan bukti keberadaan cincin cahaya di sekitar lubang hitam yang terkonfirmasi melalui pengamatan polarisasi yang dilakukan kemudian. Tim EHT sebelumnya juga telah menyajikan bukti pengamatan tentang bagaimana medan magnet di sekitar lubang hitam terpilin dengan mengamati cahaya terpolarisasi. Dengan cara ini, mereka memberikan sanggahan balik terhadap kritik tim Miyoshi.
Namun, tim EHT tampaknya sedikit melangkah mundur dan bersikap lebih hati-hati. Sembari membantah klaim tim Miyoshi, mereka juga mengakui bahwa "ada analisis eksternal lain yang tidak mendukung interpretasi tim EHT". Faktanya, kini bukan hanya tim Miyoshi, tetapi beberapa tim peneliti independen lain pun mulai mengangkat kemungkinan bahwa gambar lubang hitam berbentuk cincin yang ada mungkin merupakan hasil yang terdistorsi. Ini bukan berarti tidak ada cakrawala peristiwa berbentuk cincin di sekitar lubang hitam, melainkan bahwa dengan kinerja teleskop saat ini, sangat mustahil untuk melihat cakrawala peristiwa berbentuk cincin dengan jelas, namun penggunaan algoritma yang dilatih dengan ekspektasi bentuk cincin menyebabkan situasi di mana kita "melihat apa yang ingin kita lihat".
Sungguh ironis, foto lubang hitam yang digadang-gadang sebagai salah satu pencapaian ilmiah terbesar umat manusia di abad ke-21 ini mungkin saja merupakan foto yang salah! Masih terlalu dini untuk menilai siapa yang benar. Namun, sangat penting untuk tidak salah paham bahwa kontroversi ini berarti lubang hitam tidak ada. Baik pihak yang mendukung maupun yang tidak mendukung gambar lubang hitam donat oranye, tidak ada satu pun yang meragukan fakta bahwa monster bernama lubang hitam itu ada di alam semesta. Ini harus dilihat sebagai sebuah tantangan mengenai seperti apa sebenarnya potret monster yang kita ambil itu, dan apakah potret monster yang kita ketahui selama ini sudah tepat atau tidak.
Akhirnya, meski foto lubang hitam donat oranye terbukti merupakan hasil yang salah, kita tidak perlu kecewa. Sebaliknya, saya ingin memberikan apresiasi tinggi pada sikap tim EHT yang tidak menyembunyikan data dan membukanya untuk umum agar dapat diverifikasi oleh siapa saja. Dan ini hanyalah proses untuk menggambar potret lubang hitam dengan lebih akurat. Akankah foto lubang hitam donat oranye akan tetap menjadi potret autentik lubang hitam sampai akhir, atau akan tetap menjadi bentuk terdistorsi dari lubang hitam yang sempat disalahpahami? Apakah para astronom di masa depan masih bisa makan donat sambil memperingati potret bersejarah lubang hitam tersebut?
Saat ini, tim EHT berencana untuk melibatkan lebih banyak teleskop dan pada saat yang sama melakukan observasi teleskop ruang angkasa di pita gelombang radio, dengan rencana untuk melakukan pengamatan tambahan terhadap lubang hitam M87 dan pusat galaksi kita dengan resolusi yang jauh lebih tajam. Lebih jauh lagi, mereka bahkan merencanakan upaya untuk merekam bagaimana cincin cahaya di sekitar lubang hitam berfluktuasi secara real-time, seperti video pendek (GIF), bukan sekadar foto. Jika observasi tambahan ini dilakukan, perdebatan mengenai gambar lubang hitam yang sempat memanas belakangan ini akan terselesaikan.
Referensi
https://academic.oup.com/mnras/article/534/4/3237/7660988?login=false
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac6ddb
https://eventhorizontelescope.org/blog/imaging-reanalyses-eht-data
https://eventhorizontelescope.org/blog/response-independent-analysis-ehtc-imaging-sgr-miyoshi-et-al-2024
Tentang Penulis Ji Woong-bae? Mencintai kucing dan alam semesta. Sejak kecil, setelah menonton 'Galaxy Express 999', ia bermimpi untuk menyebarkan keindahan alam semesta. Saat ini, ia meneliti evolusi melalui interaksi galaksi di Galaxy Evolution Research Center dan Near-Cosmology Laboratory di Universitas Yonsei, serta aktif dalam berbagai kegiatan komunikasi sains seperti ceramah dan penulisan. Ia telah menulis buku seperti 'Some-tane Observatory', 'Thinking About the Universe All Day', dan 'Stars, The Science of Light'.