Objek terbesar di langit malam kita - sejauh ini! - tidak dapat dilihat oleh kita. Objeknya adalah Lubang Hitam Super-Massive (SMBH) di tengah galaksi Bima Sakti kita, yang disebut Sagittarius A. Tetapi tidak lama lagi kita mungkin mempunyai gambaran cakrawala peristiwa Sagittarius A. Dan gambaran itu boleh menjadi cabaran kepada Teori Relativiti Umum Einstein.
Tidak ada yang pernah melihat cakerawala peristiwa lubang hitam. Tarik graviti yang kuat menghalang apa sahaja, walaupun cahaya, melarikan diri. Cakerawala peristiwa adalah titik tidak kembali. Tidak peduli, tidak ada cahaya, dan tidak ada maklumat yang dapat melarikan diri. Tetapi kita mungkin hampir mendapatkan gambar cakrawala acara Sagittarius A., terima kasih kepada Teleskop Horizon Acara (EHT).
EHT adalah kolaborasi antarabangsa yang dirancang untuk menyiasat persekitaran lubang hitam. Ini bukan satu teleskop, melainkan sistem teleskop radio yang dihubungkan di seluruh dunia yang saling bekerjasama menggunakan interferometri. Dengan mengukur tenaga elektromagnetik dari kawasan yang mengelilingi lubang hitam dengan banyak piring radio di beberapa lokasi, beberapa sifat sumber dapat diperoleh.
Para penyelidik dengan EHT berharap pemerhatian mereka akhirnya dapat memberikan gambaran mengenai kesan graviti yang kuat yang kita harapkan dapat dilihat di dekat lubang hitam. Mereka juga berharap dapat mengesan beberapa dinamika di tempat kerja berhampiran lubang kerana bahan yang mengorbit dalam cakera penambahan mencapai kelajuan relativistik.
Projek EHT mengumpulkan data mengenai Sagittarius A, dan satu lubang hitam lain yang disebut M87 di tengah galaksi Virgo A, dalam jangka masa empat tahun. Empat tahun itu berakhir pada April 2017, tetapi pasukan 200 saintis dan jurutera masih menganalisis data. Sementara itu, pasukan telah mengeluarkan gambar model komputer dari apa yang mereka harap dapat dilihat.
Imejnya mungkin tidak kelihatan seperti banyak, tetapi itu penting. Sama dengan membaca tajuk utama surat khabar di bulan sambil berdiri di Bumi. Gambar tersebut dapat membantu kita menjawab beberapa soalan membingungkan mengenai lubang hitam:
- Apakah peranan lubang hitam dalam pembentukan galaksi?
- Seperti apa cahaya dan jirim ketika mereka jatuh ke lubang hitam?
- Dari manakah aliran tenaga menembus lubang hitam yang terbuat dari?
Ada juga kemungkinan bahawa gambar yang dihasilkan oleh EHT dari Sagittarius A bermaksud Teori Relativiti Umum Einstein perlu dikemas kini. (Walaupun biasanya adalah idea yang buruk untuk bertaruh dengan Einstein.)
Lubang Hitam dan Horizon Acara
Lubang hitam pada dasarnya adalah mayat bintang. Apabila bintang yang sangat besar membakar seluruh bahan bakarnya, bintang itu runtuh menjadi titik yang sangat padat, atau keunikan. Lubang hitam mempunyai tarikan graviti yang sangat kuat, yang menarik gas dan habuk ke arahnya. Setiap 10,000 tahun sekali, Sagittarius A malah menghabiskan satu bintang.
Cakrawala peristiwa seperti cengkerang di sekitar lubang hitam. Sebaik sahaja masalah - atau bahkan cahaya - sampai di cakerawala acara, permainan akan berakhir. Lubang hitam bertambah besar kerana memakan bahan, dan cakrawala kejadian juga mengembang.
Sagittarius A, Lubang Hitam Super Massive (SMBH) kita sendiri, sangat besar. Ia mempunyai jisim 4 juta kali lebih besar daripada Matahari. Namun begitu, ia tidak begitu besar berbanding SMBH lain. SMBH lain dalam projek EHT jauh lebih besar, dengan jisim 7 bilion kali daripada Matahari.
EHT akan menghasilkan gambar cakrawala peristiwa dengan mengkaji kawasan di sekitar lubang hitam. Sesuatu berlaku pada bahan ketika jatuh ke lubang hitam. Ia membentuk cakera penambahan gas dan habuk yang berpusing yang pada dasarnya berada dalam corak penahan sehingga terserap ke dalam lubang. Bahan itu mempercepat hingga kecepatan relativistik, yang bermaksud mendekati kelajuan cahaya. Apabila itu berlaku, bahan itu terlalu panas, dan mengeluarkan tenaga.
Tetapi lubang hitam begitu kuat secara graviti sehingga membengkokkan cahaya itu dalam fenomena yang disebut lensa graviti. Lensa ini mewujudkan kawasan gelap yang disebut bayangan lubang hitam. Menurut teori, cakerawala peristiwa harus lebih besar 2,5 kali lebih besar daripada bayang-bayang. Oleh itu, apabila para saintis mempunyai gambaran bayangan, mereka akan mengetahui ukuran cakrawala peristiwa. Ukuran cakrawala acara sebanding dengan jisim lubang hitam. Jadi dalam kes Sagittarius A, diameternya kira-kira 24 juta km (15 juta batu).
Jadi tidak akan ada gambar lubang hitam itu sendiri, tetapi akan ada gambar bayangan lubang hitam itu dilemparkan. Secara saintifik, itu adalah lompatan besar dalam pemahaman kita mengenai lubang hitam. Dan sekiranya terdapat keraguan tentang adanya lubang hitam, gambar bayangan akan memberikan bukti kukuh bahawa lubang hitam memang ada di luar sana.
EHT dan Jet
Walaupun ukuran besar Sagittarius A, kecil di langit. Terlalu kecil untuk dilihat oleh satu teleskop. Itulah sebabnya EHT dilaksanakan. Ia menggabungkan 7 teleskop radio yang berasingan di seluruh dunia menjadi satu teleskop maya yang besar menggunakan teknik yang disebut Very Long Baseline Interferometry (VLBI), sesuatu yang biasa dilakukan oleh para penggemar astronomi. Teleskop maya mempunyai daya penyelesaian yang jauh lebih besar daripada satu skop, dan membolehkan ahli astronomi mengkaji kawasan berhampiran Sgr. A.
Dalam tempoh satu minggu pada bulan April 2017, pasukan EHT menunjukkan semua tujuh 'lingkupnya di Sgr A, dan tujuh jam atom mencatatkan masa kedatangan isyarat di setiap teleskop. Dengan mengkaji dan menggabungkan isyarat, saintis dapat membuat gambar Sgr A. Ini adalah proses yang memakan masa yang sedang berjalan.
Jet bertenaga yang mengalir keluar dari lubang hitam sangat menarik minat para penyelidik. Perkara itu berputar di cakera penambahan lubang hitam yang memanas hingga berbilion darjah. Sebahagiannya memasuki lubang hitam, tetapi tidak semuanya.
Jet yang bertenaga adalah bahagian yang melarikan diri dari cakera pertambahan. Mereka bergerak dengan kelajuan cahaya selama puluhan ribu tahun cahaya. Para saintis ingin mengetahui lebih banyak mengenai mereka.
Ketika datang ke Sgr. Kami tidak tahu sama ada ada jet. Itu belum terlalu aktif dalam beberapa dekad terakhir, jadi mungkin tidak ada jet. Tetapi jika mereka berada di sana, EHT akan mengambil isyarat radio di sana. Kemudian kita mungkin mendapat jawapan kepada beberapa soalan asas mengenai jet:
- Bagaimana mereka bermula?
- Bagaimana mereka mempercepat ke kecepatan relativistik?
- Bagaimana mereka tetap fokus?
- Apa sebenarnya yang mereka buat?
Adakah Teori Relativiti Umum Einstein dalam Masalah?
Mungkin tidak. Tetapi ada peluang.
Sebahagian besar Sistem Suria kita adalah tempat kerja yang cukup prosa. Dari situlah kebanyakan bukti pemerhatian kami yang menyokong Relativiti Umum berasal. Tetapi kawasan di sekitar lubang hitam bukanlah kawasan yang biasa.
Keadaan di sana sangat melampau. Graviti intens, jet bahan yang terlalu panas bergerak pada kelajuan cahaya, dan cakrawala peristiwa. Tetapi berkaitan dengan Relativiti Umum, ini kebanyakannya mengenai graviti dan cahaya.
Relativiti Umum meramalkan bahawa graviti lubang hitam akan melengkung ruang masa dan menarik segalanya ke arahnya, termasuk cahaya. Data yang dikumpulkan oleh EHT akan memberikan pengukuran fenomena ini yang dapat dibandingkan dengan ramalan Einstein. Sekiranya data sesuai dengan ramalan, Einstein menang lagi.
Relativiti Umum membuat ramalan lain: bayangan yang dilemparkan oleh cakera pertambahan harus berbentuk bulat. Sekiranya tidak berbentuk bulat, dan lebih berbentuk ovoid, maka formula dalam Relativiti Umum tidak sepenuhnya tepat.
John Wardle adalah ahli astronomi yang telah mengkaji lubang hitam selama beberapa dekad, ketika mereka masih merupakan teori. Dia banyak terlibat dalam projek EHT. Wardle berpendapat bahawa Relativiti Umum akan bertahan dalam ujian ini, dan bahawa Einstein akan menang lagi. Tetapi jika Relativiti Umum gagal dalam ujian ini, kita akan berada dalam situasi yang sangat sukar dan pelik.
"Kemudian kita akan memakai jaket lurus yang teruk kerana anda tidak dapat membuat perubahan yang mengacaukan semua bit lain yang berfungsi," kata Wardle. "Itu akan sangat menggembirakan."
- Siaran Akhbar Universiti Brandeis: "Seperti apa lubang hitam?"
- Teleskop Horizon Acara
- Entri Wikipedia: Interferometri
- Entri Wikipedia: Horizon Acara
