Sebuah awan gas raksasa yang ukurannya setara tata surya kita dan seharusnya telah remuk tercabik-cabik lantas menghilang (sebagian) tersedot lubang hitam raksasa di pusat galaksi Bima Sakti ternyata masih tetap eksis meski baru saja lewat dalam jarak cukup dekat (pada skala astronomi) dengan sang monster. Kini para astronom menduga ada sedikitnya satu bintang tersembunyi di dalam awan gas raksasa ini. Sehingga ia bisa tetap bertahan meski telah melintasi lingkungan sangat ganas dekat lubang hitam raksasa itu. Peristiwa yang sesungguhnya terjadi antara 24.500 hingga 27.300 tahun silam membuat lubang hitam raksasa yang menghuni pusat galaksi Bima Sakti kita pun dipaksa kembali berpuasa.
Awan gas tersebut pertama kali teramati pada 2002 Tarikh Umum (TU) namun sebagian sifatnya baru terungkap sembilan tahun kemudian. Diberi identitas G2, awan gas yang berdiameter sekitar 37,5 milyar kilometer atau setara dimensi tata surya kita hingga ke kawasan Sabuk Kuiper-Edgeworth (dan mengabaikan awan komet Opik-Oort) tersusun dari campuran debu, gas dan ion-ion yang menggumpal. Massanya sekitar tiga kali lipat Bumi kita. Debu di awan gas tersebut bersuhu 277 derajat Celcius, atau lebih panas ketimbang suhu air mendidih di permukaan Bumi. Meski tergolong panas untuk ukuran manusia namun debu di awan gas ini sebaliknya masih bisa dianggap ‘dingin’ jika dibandingkand engan gas-gasnya yang memiliki suhu hingga 10.000 derajat Celcius. Pada suhu tersebut, gas-gas di awan gas G2 ini lebih panas ketimbang permukaan Matahari (fotosfera) kita, yang ‘hanya’ bersuhu 5.800 derajat Celcius. Sebaliknya sekujur awan gas G2 ini tergolong sangat dingin bagi lingkungan pusat galaksi Bima Sakti, yang bertaburan gas-gas difus sepanas hingga 100 juta derajat Celcius.
Hal yang paling menarik dari awan gas G2 ini adalah bahwa ia bergerak, tepatnya berputar mengelilingi sebentuk benda langit taknampak di pusat galaksi Bima Sakti kita. Para astronom telah lama menduga benda langit taknampak itu adalah lubang hitam raksasa (supermassive blackhole) yang diameternya sekitar 88 juta kilometer. Observasi berkelanjutan memperlihatkan awan gas G2 bergerak menyusuri orbit yang sangat lonjong yang eksentrisitasnya 0,92 atau mirip dengan orbit komet-komet berperiode panjang/sangat panjang dalam tata surya kita. Orbit awan gas G2 memiliki titik perinigricon (titik terdekat ke lubang hitam) sejauh 38,9 milyar kilometer dari pusat lubang hitam raksasa tersebut. Jarak tersebut setara 260 kali lipat jarak rata-rata Bumi ke Matahari. Sebaliknya titik aponigricon-nya (titik terjauh ke lubang hitam) adalah sebesar 988,9 milyar kilometer atau setara dengan 6.610 kali lipat jarak rata-rata Bumi ke Matahari. Dengan begitu awan gas G2 membutuhkan waktu sekitar 100 tahun untuk bisa menyelesaikan revolusinya sekali putaran.
Analisis lebih lanjut memperlihatkan bahwa awan gas G2 ini nampak bakal melintas di titik perinigricon-nya pada suatu waktu di antara Januari hingga Juni 2014 TU. Saat di perinigricon-nya, awan gas G2 Segera informasi ini menghebohkan jagat astronomi. Sebab titik perinigricon-nya demikian dekat ke lubang hitam raksasa tersebut, yakni 3.000 kali lipat lebih besar ketimbang jari-jari lubang hitam raksasa itu mengacu pada radius Schwarszchild (jari-jari antara pusat lubang hitam dengan horizon peristiwanya). Dalam jarak sedemikian dekat, maka untuk pertama kalinya para astronom berkesempatan menyaksikan aksi dahsyat sang lubang hitam raksasa yang selama ini hanya sebatas gagasan di atas kertas, yakni memakan benda langit. Makanan tersebut entah sebagai kudapan yakni benda langit bermassa relatif kecil seperti halnya awan gas G2 ini, ataupun makan besar dengan melahap bintang massif. Tak pelak bakal melintasnya awan gas G2 di titik perinigricon-nya menjadi salah satu peristiwa langit yang paling ditunggu di dunia astronomi dalam tahun 2014 TU ini.
Lubang Hitam
Bagaimana umat manusia masakini mencoba memahami benda langit eksotik bernama lubang hitam berangkat dari pertanyaan sederhana. Jika bintang-bintang di langit (termasuk Matahari) tersusun dari gas, mengapa gas-gas itu bisa berkumpul di satu lokasi yang sama sementara sifat gas adalah mengisi ruang yang kosong? Jawaban dari pertanyaan ini baru mulai terkuak dalam kurun kurang dari seabad terakhir. Tepatnya kala dunia ilmu pengetahuan diguncangkan oleh dua revolusi besar dalam ilmu fisika dengan imbasnya kemana-mana, yakni relativitas umum dan mekanika kuantum.
Sebelumnya musti digarisbawahi bahwa bintang tidaklah tersusun dari gas, melainkan plasma. Plasma adalah campuran antara ion-ion positif dan elektron-elektron bebas bersuhu tinggi yang secara akumulatif berperilaku mirip gas. Di sisi lain setiap partikel dalam ion-ion positif (dan elektron juga) dalam plasma memiliki massa sehingga mereka tunduk pada hukum gravitasi. Karena jumlahnya amat sangat banyak, maka maka secara akumulatif partikel-partikel dalam plasma yang menyusun bintang memproduksi gravitasi yang arahnya selalu menuju ke pusat massa bintang tersebut. Dengan demikian bintang itu memiliki kecenderungan abadi untuk mengerut (mengecil) oleh gravitasinya sendiri. Namun bintang pada umumnya dapat menahan pengerutan tersebut melalui tekanan radiasi/gelombang elektromagnetik. Jadi kala massa plasma terus saja mengerut, pusat massanya jadi bersuhu sangat tinggi (hingga belasan juta derajat Celcius). Akibatnya reaksi fusi (penggabungan nuklir), yakni bergabungnya inti-inti atom ringan menjadi inti atom yang lebih berat sembari melepaskan energi, pun terjadilah. Begitu reaksi dimulai, energi yang dilepaskan tetap menjaga suhu tinggi disekelilingnya sehingga reaksi-reaksi fusi berikutnya akan terus terjadi secara berkesinambungan. Salah satu produk reaksi adalah foton gamma, yakni sinar radioaktif berenergi tinggi dan berdaya tembus besar. Jika jumlah foton gammanya sangat besar maka ia pun menghasilkan tekanan radiasi yang cukup kuat dengan arah berkebalikan dibanding tekanan gravitasi. Sehingga tekanan radiasi selalu mengarah keluar (ke segala arah) dari pusat massa akumulatif plasma.
Matahari kita pun seperti itu. Diameternya yang 1,39 juta kilometer juga berasal dari keseimbangan antara tarikan gravitasi dengan tekanan radiasi produk reaksi fusi nuklir di pusatnya. Keseimbangan ini akan terus bertahan selama reaksi fusi nuklir di pusatnya terus berlangsung. Reaksi tersebut mengonsumsi tak kurang dari 620 juta ton inti Hidrogen per detiknya untuk diubah menjadi 615,6 juta ton inti Helium dan 0,2 juta ton positron (antimateri dari elektron, atau elektron bermuatan positif). Sisa massa 4,2 juta ton lenyap, berubah menjadi energi mengikuti kesetaraan massa-energi Einstein yang terkenal itu dengan produk energi 382 trilyun trilyun watt (dengan 26 angka nol). Massa plasma yang amat sangat besar poun membuat Matahari menjadi cukup massif untuk membengkokkan ruang-waktu disekitarnya demikian rupa. Sehingga berkas cahaya bintang jauh yang hendak menuju ke Bumi pun dipaksa berbelok sedikit kala lewat di dekat Matahari. Inilah fenomena yang diramalkan relativitas umum Einstein hampir seabad silam dan menemukan buktinya pada observasi Gerhana Matahari Total 19 Mei 1919 TU yang dipimpin Eddington, astronom Inggris.
Masalahnya ketersediaan inti Hidrogen di Matahari terbatas. Suatu saat ia pasti bakal turun hingga ke batas kritis yang membuat kesinambungan reaksi fusi nuklir sirna. Nah apa yang bakal terjadi?
Jawaban dari persoalan ini dipelopori oleh Subrahmanyan Chandrasekhar, seorang cendekia India muda belia yang pada tahun 1930 TU berlayar ke Inggris guna melanjutkan studinya. Sepanjang pelayaran Chandrasekhar melakukan perhitungan mekanika statistik dengan mengacu dua revolusi ilmu pengetahuan di abad ke-20, yakni relativitas umum dan mekanika kuantum. Chandrasekhar mendapati jika jumlah inti Hidrogen telah demikian sedikit, reaksi fusi nuklir pun berhenti dan gravitasi bintang kembali membuat bintang tersebut mengerut. Akibatnya plasma dipaksa berkumpul dalam volume lebih sempit sehingga jarak antar partikelnya kian memendek. Termasuk jarak antar elektron-elektron bebasnya. Karena sama-sama bermuatan negatif, maka elektron akan saling tolak-menolak saat berjumpa dengan sesamanya. Pada suatu titik, gaya tolak-menolak ini demikian besar sehingga mampu mengimbangi pengerutan gravitasi. Lahirlah sebuah bintang eksotik, yakni bintang katai putih/cebol putih (white dwarf) yang diameternya hanya beberapa ratus kilometer namun massanya setara massa bintang biasa.
Bintang katai putih hanya akan terbentuk bila massa pusat bintang induk yang kehabisan inti Hidrogen bernilai maksimum 1,4 kali massa Matahari. Jika seluruh bagian bintang induknya diperhitungkan, maka bintang katai putih hanya akan terbentuk oleh sebuah bintang yang massa maksimumnya 8 kali massa Matahari. Dengan demikian Matahari kita kelak juga akan bertransformasi menjadi bintang katai putih, begitu jumlah inti Hidrogennya menyusut hingga di bawah ambang batas. Tetapi bagaimana dengan bintang yang lebih massif?
Pada bintang yang massanya lebih dari 8 kali massa Matahari, pengerutan akibat gravitasinya sendiri begitu reaksi fusi nuklirnya berhenti tak bisa ditahan oleh gaya tolak antar elektronnya. Karena telah mengerut demikian rupa, partikel-partikel inti atom dalam plasmanya dipaksa untuk terpecah menjadi proton dan neutron. Dan elektron-elektronnya dimuati energi yang cukup untuk bereaksi dengan proton. Sehingga terbentuklah neutron. Sebagai partikel subatomik dengan spin pecahan, neutron mematuhi prinsip eksklusi Pauli sehingga tak ada dua neutron yang menempati posisi dan keadaan kuantum yang sama. Pada satu titik, prinsip ini menghasilkan gaya tolak demikian besar sehingga mampu menyeimbangkan diri dengan pengerutan oleh gravitasinya sendiri. Terbentuklah bintang neutron, yang hampir sepenuhnya berisi neutron. Bintang eksotik ini hanya berdiameter beberapa belas kilometer, namun massanya setara bintang biasa. Sehingga massa jenisnya amat sangat tinggi, menyamai massa jenis inti atom. Sesendok teh materi bintang neutron sama bobotnya dengan 900 buah Piramida Giza yang ditumpuk menjadi satu.
Sebuah bintang neutron hanya akan terbentuk jika massa pusat bintang induknya antara 1,5 hingga 3 kali lipat Massa Matahari. Jika seluruh bagian bintang induknya diperhitungkan, maka bintang neutron hanya akan terbentuk oleh sebuah bintang yang massa maksimumnya 15 hingga 20 kali massa Matahari. Namun pertanyaan lama kembali berulang, bagaimana dengan bintang yang lebih massif?
Inilah saat bintang eksotik yang bernama lubang hitam tampil ke permukaan. Kala massa bintang induknya melebihi 20 kali massa Matahari, maka begitu reaksi fusi nuklirnya berhenti bintang tersebut akan terus mengerut. Gaya tolak antar elektron bebasnya tak mampu menghentikan pengerutan, demikian pula prinsip eksklusi Pauli pada neutron-neutronnya. Bahkan begitu proses pengerutan membuat volumenya menjadi amat sangat kecil, neutron yang ada pun dipaksa buyar kembali hingga menjadi aneka kuark penyusunnya. Di saat bersamaan medan gravitasi bintang eksotik ini pun menjadi amat sangat besar, yang membuat ruang-waktu disekelilingnya dipaksa melengkungan demikian dramatis hingga membentuk asimtot, atau lubang/sumur tanpa dasar. Karena itu ia mendapatkan nama lubang hitam. Tapal batasnya disebut horizon peristiwa, yakni radius khas dimana bahkan berkas cahaya pun tak bisa meloloskan diri darinya.
Sagittarius A-star
Lubang hitam menjadi benda langit yang paling menggamit minat manusia pada saat ini sekaligus menjadi salah satu topik paling seksi dalam astronomi modern. Ia dianggap sebagai obyek yang eksotis, misterius sekaligus mengerikan. Kisah tentang bagaimana lubang hitam begitu ganasnya hingga mampu menghisap habis sebuah bintang biasa sampai gerombolan bintang pun jamak tersebar. Bahkan pada tingkat lubang hitam raksasa yang menghuni sebuah pusat galaksi, galaksi lain pun disebut-sebut dapat dilahap dengan mudah. Jangankan bintang ataupun galaksi, bahkan cahaya sekalipun takkan mampu meloloskan diri darinya.
Bintang eksotik bernama lubang hitam memang berkemampuan melahap, namun tak seseram bayangan tersebut. Mari ambil contoh Matahari kita. Matahari memang takkan bisa berubah menjadi lubang hitam akibat massanya yang terlalu kecil. Namun andaikata dia bertransformasi menjadi lubang hitam maka diameternya akan demikian kecil menjadi hanya 5,9 kilometer saja. Namun massa dan gravitasinya akan tetap sama dengan Matahari kita saat ini, sehingga Bumi dan planet-planet lainnya bakal tetap berada di orbitnya seperti semula. Dengan satu perbedaan, kini semua gelap gulita abadi. Persoalan baru muncul jika Bumi dan planet-planet mendekat hingga sejarak setengah sampai sejuta kilometer dari ‘lubang hitam Matahari’ ini. Sebab pada titik itulah gaya tidal (gaya pasang surut gravitasi) ‘lubang hitam Matahari’ telah demikian besar sehingga mampu membelah dan mencabik-cabik benda langit apapun yang melintasinya.
Begitu pun setiap benda langit lainnya yang dipaksa terlalu dekat dengan lubang hitam nyata apapun. Setelah tercabik-cabik begitu rupa, kepingan-kepingan sisa benda langit tasi dipaksa mengelilingi sang lubang hitam dalam jarak dekat sebagai piringan akresi. Piringan ini bentuknya seperti donat gepeng dan menyerupai sabuk asteroid, namun memiliki suhu sangat tinggi sehingga melepaskan gelombang elektromagnetik berintensitas dan berenergi tinggi yang didominasi sinar ultraungu dan sinar-X. Hanya sedikit materi bersuhu tinggi dalam piringan akresi ini yang bakal dilahap lubang hitam. Justru hingga 90 % diantaranya bakal terlempar keluar menjauhi piringan akresi, yang otomatis juga menjauhi lubang hitam, menurut sebuah simulasi. Maka, meski memang tak bakal meloloskan seberkas cahaya sekalipun (demikian pula gelombang elektromagnetik lainnya), namun sejatinya lubang hitam bisa dideteksi dengan berdasar pada pancaran sinar ultraungu/sinar-X dari kawasan sempit di langit. Ia juga bisa dideteksi dengan mengamati perilaku bintang-bintang biasa didekatnya.
Lubang hitam raksasa di pusat galaksi Bima Sakti pertama kali terdeteksi pada Februari 1974 TU oleh astronom Bruce Balik dan Robert Brown lewat teleskop radio. Ia terekam sebagai sumber gelombang radio sangat kuat di dekat perbatasan rasi Sagittarius dan Scorpio. Mereka menamainya Sagittarius A-star (Sgr A*), yang berjarak antara 24.500 hingga 27.300 tahun cahaya dari Bumi kita. Maka berkas sinar-X yang kita terima dari Sgr A* pada saat ini sejatinya dipancarkan olehnya dalam 24.500 hingga 27.300 tahun silam. Sgr A* ini tidak bisa disaksikan mata (pada spektrum cahaya tampak) akibat berlimpahnya debu-debu antarbintang yang sangat menghalangi pandangan mata kita dari Bumi ke arahnya. Awalnya Sgr A* dianggap sebagai gerombolan bintang gelap maupun bintang eksotik tertentu. Namun kemudian dijumpai sejumlah bintang yang teramati beredar mengelilingi Sgr A* dalam orbit amat lonjong. Keberadaan bintang-bintang ini memungkinkan kita menghitung massa Sgr A* dengan menggunakan kombinasi Hukum Kepler III dan hukum gravitasi Newton, sepanjang kita mengetahui nilai periode revolusi masing-masing bintang.
Dengan cara inilah tim Max Planck Institute for Extraterestrial Physics berhasil mendapatkan massa Sgr A*. Belakangan hasilnya diperbaiki dengan lebih akurat oleh astronom Stefan Gilessen dkk pada Oktober 2008 TU lewat observasi pergerakan bintang-bintang disekeliling Sgr A* selama 16 tahun berturut-turut tanpa terputus. Sgr A* ternyata memiliki massa luar biasa besar, yakni 4,31 juta kali lipat massa Matahari kita. Hanya ada satu penjelasan bagi benda langit bermassa sebesar itu, yakni sebagai lubang hitam. Lebih tepatnya sebuah lubang hitam raksasa.
Observasi lebih lanjut memperlihatkan bahwa lubang hitam raksasa di pusat galaksi Bima Sakti kita ternyata dalam kondisi lapar. Daya (energi per detik) yang dilepaskan oleh piringan akresi di sekelilingnya ternyata 200 juta kali lipat lebih rendah dibanding yang seharusnya bisa dilepaskan untuk ukuran massanya. Rendahnya daya tersebut merupakan implikasi dari kecilnya materi yang dilahap sang lubang hitam raksasa, yakni tak lebih massif dari Bumi kita setiap tahunnya. Karena lapar, maka aktivitas lubang hitam raksasa Sgr A* pun cenderung kalem. Dia tak seagresif lubang-lubang hitam raksasa penghuni pusat galaksi-galaksi tetangga tertentu yang demikian meledak-ledak.
Batal
Namun sebuah harapan bersemi dengan ditemukannya awan gas G2. Awan gas ini beredar mengelilingi lubang hitam raksasa Sgr A* dengan titik perinigricon-nya demikian kecil. Sementara gaya tidal Sgr A* sudah berkemampuan mengoyak sang awan gas bahkan tatkala masih berjarak trilyunan kilometer darinya. Maka awan gas ini diprediksikan akan tercabik-cabik begitu mendekat atau melintas titik perinigricon-nya hingga terlontar kemana-mana sebagai kembang api kosmik berskala sangat besar. Peristiwa ini juga memungkinkan lubang hitam raksasa Sgr A* untuk berbuka puasa, meski hanya sekedar menyantap kudapan kosmik seiring kecilnya massa si awan gas.
Jika hal itu benar-benar terjadi, maka umat manusia berkesempatan menyaksikan untuk pertama kalinya bagaimana sebuah lubang hitam melahap benda langit yang ditakdirkan untuk terlalu dekat dengannya. Meski kini kita telah memiliki daftar kandidat lubang hitam yang bertebaran dimana-mana, bahkan dalam galaksi Bima Sakti sendiri, namun bagaimana cara sebuah lubang hitam menyantap makanannya belum pernah dapat disaksikan. Kampanye observasi pun digelar melibatkan teleskop-teleskop termutakhir. Sedemikian ramainya kampanye observasi ini sehingga dalam kata-kata astronom Andrea Ghez di University of California Los Angeles, ia menjadi peristiwa langit yang paling banyak diamati.
Tapi hasilnya sungguh tak terduga. Andrea Ghez dan rekan-rekannya mengamati awan gas G2 ini dengan menggunakan teleskop kembar di observatorium W.M. Keck puncak Gunung Mauna Kea, Hawaii (Amerika Serikat), yang masing-masing memiliki cermin obyektif berdiameter 10 meter, pada spektrum sinar inframerah dengan panjang gelombang 3 mikrometer. Pengamatan dilangsungkan dalam dua kesempatan terpisah, masing-masing di bulan Maret dan Agustus 2014 TU. Hasilnya apa yang dikira sebagai awan gas G2 ternyata masih ada dan relatif tak terganggu pada observasi bulan Agustus 2014 TU lalu. Dan observasi juga tak menjumpai fenomena kembang api kosmik yang dinanti. Jelas sudah, lubang hitam raksasa Sgr A* batal menyantap kudapan.
Kini muncul dugaan bahwa apa yang semula kita kira sebagai awan gas G2 mungkin sesungguhnya adalah benda langit yang lebih massif. Dalam pandangan Andrea Ghez, G2 lebih mungkin merupakan bintang takbiasa yang massanya 2 kali lipat Matahari kita namun diameternya 100 kali lipat lebih besar. Bintang takbiasa ini nampaknya mungkin merupakan penggabungan dari dua buah bintang yang semula menjadi bagian sebuah sistem bintang ganda. Namun seiring mendekatnya ke lubang hitam raksasa Sgr A*, sistem bintang ganda tersebut kehilangan stabilitasnya sekaligus memaksa kedua bintang itu berbenturan dan menyatu. Ada juga dugaan bahwa G2 mungkin adalah sebuah bintang yang melepaskan gas dalam jumlah besar ke sekelilingnya. Dapat pula ia adalah sebuah awan gas yang seungguhnya dengan gumpalan-gumpalan beragam ukuran didalamnya, produk dari pelepasan lapisan terluar sebuah bintang raksasa di tempat lain. Namun apapun itu, lubang hitam raksasa Sgr A* masih harus bersabar menahan laparnya hingga beberapa waktu ke depan. Umat manusia pun juga masih harus bersabar untuk bisa membuktikan bagaimana cara sebuah bintang eksotik bernama lubang hitam mengonsumsi benda-benda langit yang terlanjur mendekat kearahnya.
Catatan: dikutip dari Ekliptika.
