Memahami Horison Peristiwa Lubang Hitam: Batas "Titik Tanpa Kembali" Kosmis

Lubang hitam adalah objek kosmik yang sangat menarik sekaligus misterius. Dengan massa yang sangat besar terkompresi dalam volume yang sangat kecil, kehadirannya memengaruhi lingkungan sekitarnya secara ekstrem, membengkokkan ruang-waktu. Konsep lubang hitam dan batas terpentingnya, horison peristiwa, lahir dari teori relativitas umum Albert Einstein. Pada tahun 1783, ilmuwan Cambridge John Michell sudah mengenali bahwa objek yang cukup masif dalam volume ruang yang cukup kecil akan membuat segala sesuatu, bahkan cahaya sekalipun, tidak dapat melarikan diri. Lebih dari satu abad kemudian, Karl Schwarzschild menemukan solusi eksak untuk relativitas umum Einstein yang memprediksi hasil yang sama: sebuah lubang hitam.

Dalam relativitas umum, horison peristiwa adalah perbatasan di ruang-waktu yang mengelilingi lubang hitam. Ini adalah titik di mana tarikan gravitasi lubang hitam menjadi begitu kuat sehingga tidak ada, bahkan cahaya, yang cukup cepat untuk melarikan diri darinya. Horison peristiwa bertindak seperti "titik tanpa kembali". Setelah melintasi batas horison peristiwa, segala sesuatu, termasuk cahaya, tidak dapat kembali keluar karena kecepatan lepas yang diperlukan akan sama atau melebihi kecepatan cahaya.

Akibatnya, horison peristiwa secara efektif berfungsi sebagai penjaga gerbang kosmik yang mencegah kita mengamati secara langsung rahasia yang terletak di jantung lubang hitam. Namun, keberadaannya dapat mengungkapkan banyak hal tentang lingkungan di sekitarnya. Bagi pengamat di luar, peristiwa-peristiwa yang terjadi di dalam horison peristiwa tidak akan pernah bisa memengaruhi mereka. Cahaya yang dipancarkan dari dalam horison peristiwa juga tidak akan pernah bisa mencapai pengamat di luar. Objek apa pun yang melewati horison peristiwa dari sisi pengamat akan tampak diam di tempat, dengan citranya menjadi lebih bergeser ke arah merah dan meredup seiring waktu, hingga akhirnya menghilang.

Untuk lubang hitam yang tidak berotasi, horison peristiwa berada pada jari-jari yang dikenal sebagai jari-jari Schwarzschild. Jari-jari Schwarzschild suatu objek sebanding dengan massanya. Semakin besar massa lubang hitam, semakin jauh horison peristiwa dari singularitas di pusatnya. Namun, ini bukan hanya berlaku untuk lubang hitam; semua objek masif seperti planet dan bintang juga memiliki jari-jari Schwarzschild, tetapi titik ini biasanya berada jauh di dalam objek itu sendiri, bukan di permukaannya. Agar sebuah objek menjadi lubang hitam, radiusnya harus menyusut hingga berada di dalam jari-jari Schwarzschild-nya.

Di dalam horison peristiwa, terletak singularitas lubang hitam, tempat semua massa objek itu diyakini runtuh hingga mencapai kepadatan tak terhingga. Di sana, ruang-waktu melengkung hingga derajat tak terhingga, menyebabkan hukum fisika sebagaimana yang kita kenal saat ini tidak berlaku lagi. Horison peristiwa ini melindungi kita dari fisika yang tidak diketahui di dekat singularitas.

Meskipun kita tidak dapat melihat lubang hitam itu sendiri atau singularitasnya secara langsung, kita dapat mengamati lingkungan di sekitarnya, terutama horison peristiwa dan materi yang jatuh ke dalamnya. Para astronom menyadari bahwa lubang hitam dikelilingi oleh cakram akresi yang berputar-putar di horison peristiwanya. Material seperti gas, debu, dan puing-puing bintang yang mendekati lubang hitam tetapi tidak jatuh langsung akan membentuk cakram akresi ini.

Material dalam cakram akresi bergerak dengan kecepatan luar biasa karena gravitasi lubang hitam, membuatnya menjadi sangat panas sehingga memancarkan sinar-X dan gelombang radio yang kuat. Inilah yang diamati oleh proyek Event Horizon Telescope (EHT).

Pada tanggal 10 April 2019, kolaborasi EHT merilis gambar pertama horison peristiwa lubang hitam. Lubang hitam yang diamati adalah yang supermasif di pusat galaksi Messier 87 (M87). Galaksi ini adalah galaksi terbesar dan paling masif di gugus super lokal kita, terletak sekitar 55 juta tahun cahaya dari Bumi. Lubang hitam M87 diperkirakan memiliki massa 6,5 miliar kali massa Matahari dan secara fisik lebih besar dari orbit Pluto. Gambar yang dirilis menampilkan struktur seperti cincin yang bercahaya dengan wilayah tengah yang gelap. Cincin tersebut adalah cakram akresi yang terbuat dari material yang bergerak di sekitar horison peristiwa, sementara bagian gelap di tengahnya adalah "bayangan" lubang hitam itu sendiri, yang disebabkan oleh pembelokan gravitasi foton (lensa gravitasi) oleh gravitasi lubang hitam sebelum mencapai mata kita.

Pengamatan EHT menggunakan teknik yang disebut interferometri very-long-baseline (VLBI), yang menyinkronkan fasilitas teleskop radio di seluruh dunia untuk membentuk teleskop virtual seukuran Bumi, memungkinkan resolusi yang sangat tinggi. Pada tahun 2022, EHT kembali mencatatkan sejarah dengan mengambil gambar lubang hitam supermasif di pusat galaksi Bima Sakti kita, yang dikenal sebagai Sagittarius A* (Sgr A*). Sagittarius A* memiliki massa sekitar 4 juta kali massa Matahari.

Lubang hitam bukanlah entitas yang statis; mereka bersifat dinamis. Radiasi yang dipancarkan dari sekitar horison peristiwa berubah seiring waktu. Skala waktu perubahan ini terkait dengan waktu yang dibutuhkan cahaya untuk melintasi diameter horison peristiwa. Untuk M87, ini sekitar satu hari, sementara untuk Sagittarius A* yang jauh lebih kecil, perubahannya terjadi dalam skala waktu sekitar satu menit. Pengamatan EHT mengkonfirmasi bahwa struktur radiasi yang dipancarkan memang berubah seiring waktu. Di masa depan, EHT diharapkan dapat mengungkapkan asal-usul fisik dari semburan radiasi (flare) yang sering terjadi di sekitar lubang hitam, seperti yang terlihat pada Sagittarius A*.

Apa yang terjadi jika sebuah objek melintasi horison peristiwa? Bagi pengamat yang jauh, objek yang mendekati horison peristiwa akan tampak melambat, meredup, dan memerah hingga akhirnya menghilang dari pandangan saat mendekati batas. Namun, dari sudut pandang pengamat yang jatuh bebas ke dalam lubang hitam, ia tidak akan merasakan sesuatu yang istimewa saat melintasi horison peristiwa, terutama untuk lubang hitam astrofisika yang besar, karena kelengkungan ruang-waktu di horisonnya relatif kecil dan gaya pasang surut (tidal forces) belum terlalu kuat di sana. Hanya ketika mendekati singularitas di pusat, pengamat yang jatuh akan mengalami gaya pasang surut yang ekstrem (yang sering disebut sebagai spaghettification) dan akan terkoyak oleh gravitasi yang kuat.

Deskripsi horison peristiwa dalam relativitas umum dianggap tidak lengkap, terutama di daerah yang sangat dekat dengan horison. Di sana, efek mekanika kuantum diharapkan menjadi signifikan. Diperkirakan bahwa horison peristiwa memiliki suhu dan memancarkan radiasi, seperti radiasi Hawking yang diprediksi untuk lubang hitam atau efek Unruh untuk partikel yang dipercepat. Pemahaman penuh tentang horison peristiwa kemungkinan memerlukan teori gravitasi kuantum.

Penelitian masa depan dengan EHT menjanjikan lebih banyak penemuan. Data polarisasi, yang akan segera dianalisis, diharapkan dapat mengungkapkan apakah lubang hitam memiliki medan magnet intrinsik yang terpisah dari materi di sekitarnya. Medan magnet ini penting dalam menjelaskan bagaimana materi kehilangan momentum sudut dan jatuh ke dalam lubang hitam, serta bagaimana jet relativistik terbentuk. Perbaikan instrumentasi EHT di masa depan juga dapat memungkinkan pengamatan pergerakan (jitter) lubang hitam pusat akibat tarikan gravitasi massa terdekat, dan bahkan memungkinkan pengamatan horison peristiwa dari ratusan lubang hitam lainnya di galaksi yang lebih jauh.

Pengambilan gambar horison peristiwa pertama adalah pencapaian luar biasa dalam sains yang membutuhkan kolaborasi internasional dan kemajuan teknologi yang signifikan. Ini menandai dimulainya era baru dalam astronomi lubang hitam, membuka jalan untuk lebih memahami batas-batas ekstrem alam semesta kita.