Astronomi & Kosmologi 1

Apakah lohong hitam & bagaimana ia terbentuk?

mykuykyukul

Bintang mengeluarkan tenaga dan cahaya melalui proses nuklear yang berlaku di bahagian pusatnya (core). Proses ini akan berhenti apabila sumber proses tersebut iaitu gas hydrogen telah habis. Selain menjadi tempat proses nuklear, pusat bintang juga mempunyai daya graviti yang sangat kuat.

Terdapat 2 daya yang mendominasi pada sesebuah bintang. Daya pertama adalah daya tarikan yang dikuasai oleh graviti. Daya yang kedua ialah daya tolakan yang disebabkan proses nuklearnya. Kedua-dua daya ini, iatu daya tolakan dan tarikan akan saling mengimbangi antara satu sama lain.

Apabila gas hydrogen habis, bintang dikira sudah “mati” dan proses nuklearnya pun berhenti dengan sendiri. Ini menyebabkan bintang tersebut meletup dan letupan inilah yang dikenali sebagai Supernovae. Letupan ini menyebabkan jasad bintang hancur bertebaran di ruangan kosmos.

Apabila ini berlaku, bintang kehilangan daya tolakannya yang mengimbangi daya tarikan graviti. Pada waktu ini, pusat bintang akan menarik kesemua jasad bintang ke arahnya. Semakin besar sesuatu bintang maka semakin besar pula tarikan gravitinya. Tarikan graviti yang kuat dan berterusan ini menyebabkan pusatnya ditekan dan dimampatkan ke tahap yang sangat tinggi.

Tarikan graviti ini teramat kuat malahan cahaya pun tidak terlepas daripadanya. Inilah yang dinamakan sebagai lohong hitam ( blackholes ). Pada tahap ini, pusat bintang dikenali juga sebagai singularity. Disebabkan cahaya pun ditarik, maka lohong hitam tidak boleh dikesan.

Sungguhpun begitu saintis masih dapat mengenal pasti kedudukan lohong hitam berpandukan sifat bintang-bintang ataupun cahaya yang berhampiran dengannya. Jika sesuatu bintang itu mengorbit pusat tertentu di ruangan kosmos, saintis akan mengkaji pusat orbit tersebut dan meneka samada ia merupakan lohong hitam ataupun tidak.

Secara umumnya, lohong hitam terdiri daripada beberapa komponen. Komponen pertama dikenali sebagai singularity seperti yang disebutkan tadi. Kesemua jisim-jisim bintang akan dimampatkan dan berada di dalam singularity ini. Tarikan gariviti pada singularity sangat besar dan tidak terhingga (infinite) sehinggakan apa sahaja objek akan dimusnahkan graviti yang amat kuat ini. Jika atom dimasukkan ke dalam titik singularity, zarah-zarah seperti proton, elekton dan neutron akan dirobek dan dicarik-carik oleh graviti pada singularity.

Komponen kedua dikenali seagai Event Horizon. Event Horizon diumpamakan pintu masuk untuk ke singularity. Graviti pada singularity akan semakin berkurangan apabila sesuatu objek itu semakin menjauhi daripadanya. Ini bermaksud, graviti pada event horizon adalah lebih rendah daripada titik singularity. 

hbujnk

Namun, sesiapa sahaja yang telah melalui event horizon tetap tidak terlepas daripadanya malahan cahaya sekalipun. Dikatakan cahaya memerlukan sekurang-kurangnya 9 km jarak daripada event horizon untuk membolehkannya tidak disedut ke singularity. Pada tahun 1916, Karl Schwarzchild adalah orang pertama yang telah mengira saiz pada event horizon. Dan disebabkan itu, event horizon dikenali juga sebagai Schwarzchild Radius.

Schwarzchild mendapati, saiz event horizon berkadar langsung dengan dengan jisim lohong hitam. Apabila sesuatu objek bergerak semakin hampir dengan Event Horizon, pergerakan masanya akan menjadi semakin perlahan dan apabila berada betul-betul di event horizon, masa akan seolah-olah berhenti terus. Menurut Einstein, daya graviti pada waktu ini amat tidak terhingga.

Seterusnya ialah komponen ketiga lohong hitam yang dinamakan photon sphere. Photon sphere adalah  bulatan yang mempunyai graviti yang besar dimana apabila cahaya terperangkap padanya, cahaya tersebut tidak lagi bebas untuk berbgerak sebaliknya dipaksa mengorbit di sekelilingnya. Saiz photon sphere biasanya 1.5 kali ganda lebih besar daripada event horizon.

Screen Shot 2016-01-09 at 2.50.52 PM

Menurut saintis, lohong hitam akan dihasilkan bagi setiap tempoh 24 jam. Perlu juga diketahui, apabila dihasilkan ianya juga tidak menetap di satu-satu kawasan sahaja sebaliknya akan bergerak-gerak dari satu kawasan ke kawasan yang lain.

Secara tidak langsung, ini juga bermaksud lohong hitam bebas untuk memasuki ke sistem suria kita. Sungguhpun begitu, kita tidak perlu risau kerana kedudukan lohong hitam yang terdekat pun berada sekurang-kurangnya 300 tahun perjalanan cahaya dari bumi. Ini merupakan 100 tahun lebih jauh daripada kedudukan bintang yang paling dekat dengan bumi ( selain matahari ) iaitu Proxima Centauri.

Lohong hitam terdiri daripada beberapa jenis. Satu dipanggil Lohong Hitam Schwarzchild dan satu lagi bernama Lohong Hitam Ker. John Wheeler mendapati, sifat lubang ulat mempunyai persamaan dengan Lohong Hitam Schwarzchild (LHS). Dalam LHS, singularitinya berbentuk sfera. Ini berbeza dengan Lohong Hitam Ker (LHK) yang singularitinya berbentuk cincin (ring). Jadi, bolehkah manusia menjadikan lohong hitam sebagai lubang ulat untuk ekspedisi Interstellar? Menurut Wheeler, secara matematik mungkin boleh — tetapi tidak ada siapa yang berjaya hidup.

Jika terdapat 2 singulariti, lubang ulat akan terbentuk bagi menghubungkan 2 LHS tadi. Namun, masalahnya laluan ini sangat tidak stabil seperti yang diterangkan sebelum ini. Ia boleh menyusut bila-bila masa, malahan cahaya juga tidak sempat keluar daripadanya sebelum ia runtuh.

Jika LHS tidak selamat digunakan, mungkin LHK boleh? Ini kerana singulariti dalam LHK berbentuk cincin dan tidak sama seperti LHS yang berbentuk sfera. Beberapa model LHK mendakwa, seseorang itu akan hidup jika mereka berjaya memasuki singulariti LHK dengan kemas.

Begitu pun, dakwaan ini tidak dipersetujui oleh Kip Thorne. Menurutnya, laluan ulat jenis Ker mempunyai sebuah kawasan bernama Cauchy Region, dimana ia juga amat tidak stabil. Menurut kiraan matematiknya, sebaik sahaja sesuatu objek (termasuk cahaya) melepasi kawasan ini, ia akan terus musnah.

Seandainya ia dapat distabilkan sekalipun, ia akan dipenuhi dengan zarah bertenaga tinggi, dan objek yang memasukinya akan hangus digoreng. Baca : Michael S. morris, Kip S. thorne (1987) wormholes in spacetime and their use for interstellar Travel : a tool for teaching general relativity.

Bolehkah matahari menjadi lohong hitam?

Jika kita melihat kepada proses sebelum ini, maka matahari juga berpotensi menjadi lohong hitam. Ini kerana matahari juga sebuah kejadian bintang dimana ia mempunyai daya graviti yang kuat di pusatnya. Matahari juga menjalani  proses nuklear bagi mengeluarkan cahaya dan haba. Tetapi, 2 faktor ini sahaja tidak mencukupi.  Ini kerana, saiz matahari belum cukup besar.

Kenapa saiz yang menjadi penentu? Ini kerana, hukum fizik menyebut semakin besar sesuatu bintang maka semakin besar daya gravitinya. Sungguhpun saiz matahari mempunyai ukuran radius sebanyak 696, 000 km namun ia belum cukup untuk menghasilkan graviti sepadan lohong hitam. Sekurang-kurangnya matahari perlu bersaiz 15 sehingga 20 kali ganda dari saiznya sekarang supaya gravitinya menjadi lebih kuat.

Jadi, apa yang akan berlaku pada matahari di akhir hayatnya? Di akhir hayat matahari ia akan menjadi sejenis bintang yang bernama red giant star. Ketika menjadi red giant star matahari akan menggunakan segala sisa-sisa bahan bakarnya dan melepaskan lapisan luarnya. Apabila dilepaskan, lapisan ini akan membentuk sebuah lingkaran cincin yang dipenuhi dengan gas-gas bercahaya dinamakan planetary nebulaeAkhirnya sisa-sisa ini akan menyejuk dan menjadi white dwarft star.

1111

Rajah adalah kesan lengkungan ruang-masa yang berbeza-beza bagi objek yang berbeza. Lengkungan paling ketara sekali adalah pada lohong hitam. Maka benarlah lohong hitam adalah fenomena herotan ruang -masa seperti yang disebut oleh Kip Thorne “… Black holes are made from warped space and warped time. Nothing else – no matter whatsoever…”

Berapa besarkah saiz lohong hitam?

Saiz lohong hitam boleh dibahagikan kepada 3 saiz, iaitu lohong hitam bersaiz kecil, bersaiz sedang-sedang dan bersaiz besar. Lohong hitam bersaiz kecil dikenali juga sebagai primordial black holes. Saintis mendakwa, saiz primordial black holes hanyalah sebesar sebiji atom tetapi mempunyai jisim bersamaan sebuah gunung besar.

Kemudian lohong hitam bersaiz sederhana pula dinamakan sebagai stellar black holes. Jisim stellar black holes adalah 20 kali ganda lebih tinggi daripada matahari dan dengan daya gravitinya yang kuat itu, kesemua jisimnya boleh disumbatkan ke dalam sebiji bola berdiameter 32 kilometer. Berdozen stellar black holes juga wujud di dalam galaksi bima sakti. Lohong hitam yang paling besar pula dinamakan supermassive blackhole.

Nama lohong hitam ini pernah dijadikan nama bagi lagu Muse dalam salah sebuah album mereka bernama Black Holes and Revealation”. Lohong hitam ini mempunyai jisim 1 juta kali ganda lebih besar daripada matahari. Dengan jisim sebesar ini, tarikan lohong hitam boleh memuatkan kesemuanya dalam sebuah bola yang diameternya bersaiz sistem suria. Hasil kajian sains menunjukkan, setiap galaksi yang bersaiz besar akan mempunyai supermassive blackhole di bahagian tengah-tengahnya. Dalam galaksi bima sakti supermassive blackhole yang terletak ditengah-tengah galaksi ini dikenali sebagai Sagittarius A.

Lohong hitam ini (Sagittarius A) mempunyai jisim 4.1 juta matahari dan dengan kekuatan gravitinya, ia boleh memuatkan jisim ini ke dalam sebiji bola berdiameter matahari. Pengkaji dari UCLA bernama Andrea Ghez bersama grup pengkaji yang lain telah memantau pergerakan bintang-bintang yang berada di sekitar lonong hitam. Daripada pergerakan bintang yang dikaji, beliau menganggarkan tarikan graviti pada Sagittarius A adalah sebanyak 4.1 juta lebih besar daripada tarikan graviti matahari. Ini juga secara tidak langsung menggambarkan jisim Sagittarius A bersamaan juga dengan sejumlah 4.1 juta biji matahari.

Hasil bancian kasar daripada ahli saintis, mereka mendapati terdapat sekurang-kurangnya 100 juta lohong hitam yang mendiami galaksi bima sakti. Perangkaan ini dibuat bukanlah apabila saintis dapat memerhatikan lohong hitam secara langsung. Sebaliknya, mereka membuat bancian terhadap bintang-bintang bersaiz besar yang akan menjadi lohong hitam apabila mereka kehabisan bahan bakar nuklear kelak. Ini secara tidak langsung menunjukkan kejadian lohong hitam akan sentiasa wujud di alam semesta ini.

Kerja-kerja plagiat tanpa memberikan kredit kepada sumber adalah suatu tindakan yang tidak bertanggungjawab dan menyalahi hak cipta dan kreativiti seseorang.

1 Comment

  • motoapk Good article says: April 28, 2017 at 12:29 pm

    Thanks for the article.Really thank you!

    Reply
  • Leave a reply