[비즈한국] Di pusat Galaksi Bima Sakti, tersembunyi sebuah lubang hitam yang sangat besar. Hal ini kini dianggap sebagai pengetahuan umum yang diketahui semua orang. Meski misteri mengenai asal-usul pasti lubang hitam supermasif tersebut—bagaimana gumpalan lubang hitam sebesar itu bisa berada di pusat galaksi—masih tersisa, setidaknya tidak ada banyak pertentangan mengenai identitasnya sebagai lubang hitam. Namun, muncul sebuah argumen yang menyatakan bahwa identitas aslinya mungkin sesuatu yang sama sekali berbeda. Jika bukan lubang hitam di pusat galaksi, lalu apa yang sebenarnya ada di sana?
Keberadaan lubang hitam di pusat Bima Sakti pertama kali diidentifikasi oleh para astronom, Andrea Ghez dan Reinhard Genzel. Sejak awal 1990-an, mereka membidik pusat galaksi kita menggunakan Teleskop Keck. Mereka menemukan bahwa bintang-bintang di pusat galaksi bergerak sangat cepat di area yang sangat sempit, hanya beberapa tahun cahaya. Secara khusus, mereka melacak orbit bintang yang disebut S2 selama puluhan tahun, dan bintang itu bergerak dalam orbit elips yang sangat lonjong dengan kecepatan luar biasa. Jelas ada sesuatu dengan gravitasi kuat yang menahan bintang tersebut di pusatnya. Namun, di tempat di mana seharusnya ada sesuatu, tidak ada cahaya yang terpancar keluar. Sebuah entitas yang tidak memancarkan cahaya dari luar tetapi memiliki gravitasi yang sangat kuat—itulah yang dianggap sebagai lubang hitam yang melegenda.
Massa lubang hitam Sagittarius A* di pusat Bima Sakti, yang disimpulkan melalui orbit bintang-bintang di pusat galaksi, sekitar 4 juta kali massa Matahari. Selain bintang, awan gas yang disebut tipe G yang bergerak cepat dan hancur juga teramati, yang menjadi bukti bahwa ada entitas yang sangat berat dan kuat bersembunyi di pusat Bima Sakti. Ghez dan Genzel dianugerahi Penghargaan Nobel Fisika 2020 atas kontribusi mereka dalam menunjukkan bukti paling langsung mengenai keberadaan monster mengerikan yang bersembunyi di pusat galaksi kita.
Latar belakang di balik keberhasilan mereka meraih Nobel adalah keberhasilan pengamatan oleh Event Horizon Telescope (EHT) yang terjadi tepat sebelumnya. Dengan mengerahkan teleskop radio di seluruh dunia, mereka berhasil menangkap bayangan cahaya lubang hitam di galaksi elips M87 dan pusat Bima Sakti secara berurutan. Bentuknya persis seperti yang disimpulkan oleh teori relativitas Einstein. Ini adalah bukti paling meyakinkan yang secara praktis menetapkan teori bahwa ada lubang hitam raksasa yang bersembunyi di pusat galaksi sebagai fakta yang diterima.
Namun, khusus mengenai pusat Bima Sakti, masih ada banyak perdebatan. Hal ini dikarenakan lubang hitam di pusat Bima Sakti tergolong sangat tenang. Di galaksi lain, lubang hitam pusat sering memamerkan eksistensinya dengan memancarkan sinar-X dan sinar gamma yang ganas. Tidak ada perbedaan pendapat mengenai lubang hitam yang sangat aktif ini. Namun, lubang hitam Bima Sakti tidak menunjukkan aktivitas sama sekali. Selain itu, meskipun diharapkan akan ada ledakan cahaya hebat ketika awan gas yang lewat di dekat lubang hitam hancur, peristiwa itu berlalu dengan tenang tanpa ada kejadian berarti. Bahkan, tidak jelas apakah lubang hitam pusat Bima Sakti pernah bertindak ganas di masa lalu. Meski dalam beberapa tahun terakhir sempat tertangkap momen flare yang memancarkan sinar-X dalam skala kecil, jika dibandingkan dengan lubang hitam lain yang jauh lebih besar, ia terlihat sangat pendiam dan malu-malu.
Baru-baru ini, data pengamatan Gaia, yang berhasil memetakan jarak dan kecepatan bintang-bintang di Bima Sakti secara sangat presisi, menangkap fenomena yang tidak terduga. Gravitasi adalah gaya yang melemah seiring bertambahnya jarak. Namun, biasanya galaksi menunjukkan pola di mana kecepatan bintang tidak berkurang secara drastis meskipun jauh dari pusat, melainkan tetap stabil. Fakta bahwa kecepatan bintang tetap terjaga bahkan di bagian luar galaksi yang gravitasinya lemah menunjukkan bahwa massa yang tak terlihat tersebar luas hingga ke bagian luar galaksi, yang dianggap sebagai bukti terpenting adanya materi gelap (dark matter). Fenomena ini sudah dikenal baik di Bima Sakti.
Namun, dengan pengamatan yang lebih presisi melalui Gaia, pengetahuan umum tersebut mulai goyah. Pada tahun 2023, para astronom menemukan bahwa bintang-bintang di bagian luar Bima Sakti bergerak lebih lambat dari yang diperkirakan. Jika kita menggambar 'kurva kecepatan' yang menunjukkan bagaimana kecepatan orbit bintang berubah seiring jarak dari pusat galaksi, kurva tersebut tidak berlanjut datar ke arah luar, melainkan tampak menurun ke bawah. Fenomena ini dimulai dari jarak 52.000 tahun cahaya, yang bisa dianggap sebagai batas luar Bima Sakti, di mana bintang-bintang di bagian luar bergerak 30 km/s lebih lambat dari perkiraan semula. Tampilan yang membingungkan ini memicu kecurigaan bahwa materi gelap di Bima Sakti mungkin lebih sedikit dari perkiraan, atau distribusinya sama sekali berbeda.
Singkatnya, masalah penurunan kecepatan bintang di bagian luar galaksi yang dikonfirmasi oleh pengamatan Gaia baru-baru ini menunjukkan bahwa Bima Sakti tidaklah seberat atau memiliki gravitasi sekuat yang kita bayangkan. Jika demikian, apa yang membuat kita salah paham sehingga menganggap Bima Sakti sebagai entitas yang lebih kuat dan berat? Di sinilah penelitian terbaru mempertanyakan keberadaan lubang hitam yang selama ini dianggap sangat wajar berada di pusat Bima Sakti.
Penelitian ini menyatakan bahwa identitas tersebut bukanlah lubang hitam berat yang massanya terkumpul di satu titik, melainkan hanya gumpalan partikel subatomik yang sangat ringan yang disebut fermion, yang berkumpul dalam kepadatan tinggi. Fermion adalah partikel yang sangat ringan. Dan seperti partikel subatomik lainnya, ia mengikuti prinsip eksklusi Pauli. Tidak ada dua atau lebih partikel yang dapat berada dalam keadaan kuantum yang sama, sehingga muncul gaya tolak-menolak di antara mereka. Akibatnya, gumpalan fermion tidak runtuh hingga menjadi singularitas seperti yang sering dikatakan.
Di sini, para astronom mengasumsikan adanya 'fermion gelap', kandidat partikel penyusun materi gelap yang paling mungkin saat ini. Mereka berinteraksi melalui gravitasi seperti materi gelap. Oleh karena itu, mereka tidak tersebar secara merata di ruang angkasa, melainkan dapat terkumpul dengan kepadatan tinggi di pusat galaksi tempat gravitasi terkuat berada. Jadi, bintang yang mengorbit di sekitarnya akan bergerak sangat mirip dengan saat berada di dekat lubang hitam biasa. Namun, karena gumpalan fermion ini bukanlah lubang hitam dengan cakrawala peristiwa yang nyata, peristiwa destruktif seperti terkoyak dan hancurnya bintang atau awan gas mungkin tidak terjadi. Hal ini sangat sesuai dengan karakteristik 'sesuatu' di pusat Bima Sakti yang selama ini kita amati sangat tenang namun jelas-jelas menahan bintang-bintang di sekitarnya dengan kuat.
Penelitian ini kemudian mencoba analisis statistik yang sederhana. Mereka mengasumsikan identitas 'sesuatu' di pusat Bima Sakti sebagai dua hal: lubang hitam dan gumpalan fermion, lalu membandingkan seberapa baik keduanya mereproduksi kondisi pengamatan sebenarnya. Tingkat energi fermion diasumsikan dalam dua nilai, 56 keV dan 300 keV, di mana fermion dengan energi lebih besar cenderung berkumpul dengan kepadatan yang jauh lebih tinggi di pusat. Namun, dalam kedua kasus, tidak ada perbedaan berarti dibandingkan jika ada lubang hitam di pusat galaksi, dan keduanya mampu merepresentasikan pergerakan bintang-bintang di Bima Sakti dengan hampir sempurna.
Namun, pertanyaan penting masih tersisa. Bukti yang membuat kita percaya pada keberadaan lubang hitam supermasif di pusat Bima Sakti saat ini bukan sekadar pergerakan atau orbit cepat bintang-bintang di pusat galaksi. Bukankah kita sudah mengonfirmasi keberadaannya melalui foto nyata? Yaitu cincin cahaya yang ditangkap oleh Event Horizon Telescope. Jika demikian, bisakah potret lubang hitam yang terkenal itu dijelaskan dengan gumpalan fermion, bukan lubang hitam?
Secara mengejutkan, penelitian ini menyatakan bahwa gumpalan fermion juga dapat menjelaskan tampilan yang sama. Dikatakan bahwa gumpalan fermion dengan kepadatan ultra-tinggi juga dapat membiaskan cahaya di sekitarnya seperti lubang hitam, dan mampu meniru bentuk bayangan cahaya lubang hitam terkenal yang kita kenal.
Kesimpulannya, ringkasan dari klaim ini adalah kita tidak bisa membedakan apakah 'sesuatu' yang ada di pusat Bima Sakti adalah lubang hitam atau gumpalan fermion. Orbit bintang di sekitarnya yang dianggap sebagai bukti pengamatan paling kuat untuk lubang hitam, serta bayangan cahaya yang dipotret oleh Event Horizon Telescope, saja tidak cukup untuk menyingkirkan kemungkinan adanya gumpalan fermion.
Tentu saja, analisis ini memiliki keterbatasan fatal. Pada akhirnya, klaim ini mungkin merupakan analisis yang berasumsi pada gumpalan fermion hipotetis yang memenuhi dua karakteristik pengamatan yang kita ketahui, sehingga wajar jika hal tersebut menjelaskan hasil pengamatan dengan baik. Namun, kritik semacam itu juga dapat diterapkan pada klaim bahwa ada lubang hitam di pusat Bima Sakti. Pada akhirnya, kita belum pernah melihat lubang hitam secara langsung. Kita hanya melihat berbagai fenomena yang mungkin muncul jika diasumsikan bahwa lubang hitam itu ada, sehingga kita menjadi berpikir bahwa pasti ada lubang hitam di pusatnya.
Jadi, apakah ada cara untuk membedakan apakah itu lubang hitam atau bukan? Hanya tersisa satu cara. Yaitu mengonfirmasi cincin foton yang hanya terjadi di sekitar singularitas lubang hitam. Selain piringan akresi dan bayangan cahaya yang bulat di sekitar lubang hitam, kita harus bisa melihat cincin foton yang terbentuk tepat di depan batas cakrawala peristiwa. Karena gravitasi di sekitar lubang hitam sangat kuat, foton tidak hanya melengkung di sekitar lubang hitam, tetapi bahkan bisa kembali ke arah asal seolah-olah seperti bumerang, yang menyebabkan penumpukan cahaya secara ekstrem. Dengan begitu, cincin foton yang kecil dan tajam akan terbentuk tepat di sekitar cakrawala peristiwa lubang hitam. Ukurannya hanya 1,5 kali dari cakrawala peristiwa. 'Donat merah' yang terlihat dalam pengamatan Event Horizon Telescope adalah area di luar itu. Cincin foton sebenarnya adalah batas terakhir di mana kita benar-benar dapat melihat cahaya di sekitar lubang hitam.
Beberapa astronom mengklaim bahwa mereka telah melihat cincin foton ini dalam pengamatan Event Horizon Telescope sebelumnya, namun masih banyak perbedaan pendapat. Untuk saat ini, satu-satunya petunjuk untuk menyimpulkan apakah entitas di pusat Bima Sakti benar-benar lubang hitam atau sesuatu yang lain adalah cincin foton ini. Jika di masa depan lebih banyak teleskop radio dikerahkan dan Teleskop Cakrawala Peristiwa yang lebih kuat tersedia, mungkin kita bisa menarik kesimpulannya.
Secara tak terduga, proposisi 'pasti ada lubang hitam raksasa yang bersembunyi di pusat galaksi' tidak selalu benar. Ada cukup banyak galaksi yang tidak menunjukkan tanda-tanda lubang hitam yang jelas di pusatnya. Jika dihitung secara optimistis, hampir 30% galaksi tampaknya menahan bintang-bintang mereka hanya dengan gravitasi kuat mereka sendiri tanpa adanya lubang hitam di pusatnya. Dan faktanya, massa lubang hitam hanya sekitar 1/1000 dari total massa galaksi, yang merupakan tingkat yang sangat kecil. Galaksi jauh lebih berat dibandingkan satu lubang hitam. Jadi, sama sekali tidak aneh jika Bima Sakti tidak memiliki lubang hitam.
Meski kesimpulannya belum diketahui, entah mengapa Bima Sakti terasa sedikit hambar jika kita berpikir bahwa tidak ada lubang hitam raksasa di pusatnya. Padahal, karena lubang hitam tidak terlihat, pemandangan Bima Sakti yang kita lihat tidak akan berubah apakah lubang hitam itu ada atau tidak.
Referensi
https://academic.oup.com/mnras/article/546/1/staf1854/8431112?login=false
Siapakah penulis Ji Ung-bae? Dia mencintai kucing dan alam semesta. Sejak kecil, setelah menonton 'Galaxy Express 999', dia bermimpi untuk menyebarluaskan keindahan alam semesta. Saat ini, dia adalah asisten profesor di Divisi Studi Umum Universitas Sejong, aktif melakukan berbagai kegiatan komunikasi sains seperti ceramah dan penulisan. Dia telah menulis buku seperti 'Potongan Semesta Setiap Hari', 'Ilmuwan Semesta Berbintang', 'Tahu Meski Tidak Bisa Pergi', dan 'Pertanyaan Aneh yang Muncul Saat Melihat Semesta', serta menerjemahkan buku seperti 'Panduan Hitchhiker Menjelajahi Semesta Nyata', 'Bagaimana Saya Membunuh Pluto', 'Quantum Life', dan 'Cosmigraphic'.