1. Visualisasi komputer dari seorang pria kulit hitam

Lubang hitam tidak diragukan lagi merupakan salah satu jenis objek paling misterius di alam semesta. Para ilmuwan menyadari keberadaan mereka pada awal abad ke-20 sebagai akibat dari usulan revolusioner Albert Einstein tentang gravitasi. Butuh waktu hingga tahun 1964 bagi para ilmuwan untuk menyatakan bahwa mereka telah mengamatinya, dan baru pada tahun 2019 para astronom dapat merilis foto lubang hitam supermasif yang sekarang terkenal di pusat galaksi M87, gambar nyata pertama dari galaksi tersebut. M87. sebuah lubang hitam.

Oleh karena itu, pada tahun 2014 dirilis film blockbuster Christopher Nolan ‘Interstellar’ yang menampilkan lubang hitam. Jadi Nolan, meski lebih memilih menghindari CGI, tidak punya pilihan selain menggunakan komputer untuk membuat lubang hitam film tersebut. Dan dia hanya bisa melakukan ini karena ada tradisi panjang dalam menghasilkan gambar lubang hitam, sejak tahun 1979.

Ternyata alam semesta suka mengikuti aturan. Seluruh sejarah fisika—bahkan seluruh ilmu pengetahuan—dapat diringkas dalam satu frasa: pencarian aturan-aturan alam semesta. Para ilmuwan mendefinisikan aturan-aturan ini menggunakan persamaan matematika. Jadi untuk membuat gambar lubang hitam, yang harus Anda lakukan hanyalah memasukkan persamaan ini ke komputer dan membiarkannya mengeluarkan hasilnya. Seberapa sulitnya? Ternyata sangat sulit, karena masalah pertama adalah mencari tahu persamaannya.

Sejak lama, para ilmuwan memahami gravitasi seperti yang dirumuskan oleh Isaac Newton pada tahun 1687: Setiap benda di ruang angkasa memberikan gaya pada setiap benda lain di ruang angkasa, dan gaya tersebut sebanding dengan hasil kali massa benda (berapa banyak benda) dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara pusat benda. Sederhananya, objek yang lebih besar dan jarak yang lebih pendek menghasilkan gravitasi yang lebih besar.

Dan kemudian Einstein datang dan membuat segalanya menjadi lebih rumit. Ternyata, ada beberapa kasus di mana teori gravitasi Newton tidak memprediksi secara sempurna apa yang sedang terjadi. Meskipun Newton mampu menjelaskan gaya yang diciptakan oleh gravitasi, ia tidak pernah dapat menentukan apa yang menyebabkan gaya tersebut terjadi – ia memberi kita “apa” namun bukan “bagaimana” dan “mengapa”. Teori Einstein dibangun berdasarkan karya Newton dan fisikawan lain untuk mengisi kesenjangan ini, sehingga memecahkan beberapa kasus di mana teori Newton gagal.

Pada tahun 1905, Einstein mengungkapkan teori relativitas khusus, yang didasarkan pada dua gagasan: pertama, bahwa hukum fisika tidak pernah berubah selama Anda bergerak dengan kecepatan konstan, dan kedua, bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa selalu sama. sama, terlepas dari apa pun. Jika Anda pernah mendengar tentang “ruang-waktu” atau “kontinum ruang-waktu”, dari situlah asalnya. Agar kecepatan cahaya selalu sama, baik waktu maupun jarak harus berubah, terkadang dengan cara yang tidak terduga (yang terkenal adalah pelebaran waktu). Hubungan yang aneh dan berlawanan dengan intuisi antara ruang fisik dan perjalanan waktu adalah bagian penting dari cara kerja alam semesta kita.

Selama 10 tahun berikutnya, Einstein berupaya untuk melihat apakah ia dapat memasukkan gravitasi ke dalam teorinya tentang ruangwaktu, dan Relativitas Umum berhasil melakukannya. Untuk menyederhanakan hal ini, setiap objek di ruang angkasa secara fisik melengkungkan bidang ruang-waktu dan mengubah lintasan objek apa pun yang lewat di dekatnya. Menurut teori Einstein, kita menganggap perubahan lintasan sebagai gravitasi, dan tidak ada apa pun, bahkan cahaya, yang kebal.

Tidak lama kemudian, beberapa fisikawan seperti Karl Schwarzschild menyadari potensi masalah: Bagaimana jika sebuah benda mempunyai massa yang sangat besar sehingga dapat membengkokkan ruang-waktu sedemikian rupa sehingga bahkan cahaya, benda tercepat di alam semesta, tidak dapat melarikan diri? Ketika cahaya diserap ke dalam sesuatu, mata kita melihat benda itu berwarna hitam. Dan benda hitam ini pastilah sangat padat, begitu padatnya sehingga mungkin tampak seperti lubang kecil pada struktur ruang-waktu di pusatnya.

Dengan kata lain – tunggu, sebenarnya kata yang sama persis – lubang hitam.

Para ilmuwan kemudian mengembangkan teori-teori ini, membuktikan bahwa Einstein, Schwarzschild, dan lainnya selalu benar. Namun, mencoba menjelaskan konsep ini kepada publik adalah persoalan lain. Secara umum, orang ingin mengetahui seperti apa sesuatu itu, dan aturan lubang hitam membuat sangat sulit untuk menjawab pertanyaan tersebut.

Namun pada tahun 1979, kosmolog Perancis Jean-Pierre Luminet menemukan cara untuk melakukannya menggunakan teori dan persamaan yang menentukan bagaimana gravitasi menarik objek seperti luar angkasa ke dalam lubang hitam (ternyata prosesnya agak berantakan). Bertentangan dengan anggapan masyarakat bahwa lubang hitam hanyalah penyedot debu galaksi raksasa, lubang hitam hanya mengerahkan gaya gravitasinya, tidak lebih dan tidak kurang. Dan gravitasi, jika Anda belum memahaminya, sangatlah rumit.

Jadi ketika Luminet membuat gambar lubang hitam, ia menggunakan persamaan untuk memprediksi bagaimana cahaya akan terpengaruh jika melintas di dekat lubang hitam. Hasilnya menunjukkan lingkaran cahaya kecil di sekitar lingkaran hitam seluruhnya. Kemudian dia mencari tahu bagaimana orbit debu luar angkasa di sekitar lubang hitam dapat memengaruhi citranya, apa yang mungkin terjadi jika lubang hitam itu berputar sendiri, dan komplikasi lainnya. Dan kemudian dia menggunakan komputer dari tahun 1970an untuk mencetak gambar simulasi.

Dalam makalahnya, ia berpendapat bahwa gambar ini dapat secara akurat mewakili, di antara lubang hitam lainnya, “lubang hitam supermasif yang keberadaannya di inti M 87 baru-baru ini diusulkan.”

Pada bulan April 2017, sebuah proyek besar yang dipimpin oleh astronom Harvard Shep Doeleman memindai langit di sekitar M87 menggunakan teleskop di seluruh dunia. Mereka kemudian menghabiskan dua tahun menganalisis data dan membuat gambar:

(Teleskop Cakrawala Peristiwa)