Sejarah Lohong Hitam

Tahukah anda, idea lohong hitam bukanlah idea yang baru wujud dalam sains moden. Sebaliknya, idea lohong hitam telah wujud sejak zaman mekanik klasik (era Newton) lagi.

Ini adalah idea bagaimana “lohong hitam versi klasikal” berfungsi.

Sekiranya anda ada meriam dan menembak meriam tersebut secara menegak, anda akan dapati bahawa peluru meriam tersebut akan kembali semula ke Bumi akibat graviti.

Apa akan jadi sekiranya anda menembak meriam, dengan tenaga yang lebih besar?

Dengan tenaga yang lebih besar, peluru meriam tersebut akan bergerak dengan lebih tinggi, namun ia masih lagi akan jatuh kembali ke Bumi.

Apa akan jadi kalau anda terus menerus menambahkan tenaga kepada meriam anda?

Jawapannya, pada satu tahap, apabila tenaga pergerakan meriam itu mencukupi, ia akan membenarkan peluru meriam melawan tarikan graviti, dan sekaligus keluar dari Bumi.

Dalam fizik klasik, sesuatu objek perlu mencapai satu “halaju lepas” (escape velocity) sebelum ia mampu melepasi tarikan graviti Bumi (atau mana-mana objek samawi).

John Michell (1783) merupakan orang pertama yang menyedari bahawa idea “peluru meriam” ini ada masalahnya yang tersendiri.

Sekiranya disusun semula persamaan di atas, akan wujud satu situasi di mana halaju lepas akan menjadi lebih tinggi dari kelajuan cahaya, dan situasi ini akan membawa masalah yang unik.

Menggunakan analogi meriam tadi, sekiranya anda berada di Bumi, dan anda menghalakan satu lampu suluh ke langit, lampu suluh tersebut akan mampu keluar dari Bumi menuju ke angkasa lepas. Namun, sekiranya anda berada dalam satu planet dengan halaju lepas yang lebih besar dari kelajuan cahaya, sekiranya anda menghalakan lampu suluh anda ke langit, cahaya dari lampu suluh tersebut akan bergerak ke langit dan kembali semula ke Bumi (kes sama dengan Meriam tadi).

Planet atau bintang dengan halaju lepas yang lebih besar dari kelajuan cahaya ini tidak akan mampu mengeluarkan radiasi dan cahayanya sendiri, dan dari pandangan pemerhati dari luar bintang itu, bintang tersebut akan kelihatan gelap, malap dan hitam. Nama yang diberi untuk situasi ini adalah Bintang Gelap (Dark Star).

Pierre-Simon Laplace, beberapa tahun selepas Michell, juga mengusulkan perkara yang sama (dia dapat konklusi ini sendiri, tanpa merujuk hasil kerja Michell).

John Michell (kiri) dan Pierre-Simon Laplace (kanan) merupakan antara individu awal yang menjumpai idea lohong hitam.

Saintis pada waktu tersebut tidak begitu berminat dengan idea Bintang Gelap ini, kerana sesuatu yang tidak mampu dicerap tidak mempunyai apa-apa manfaat buat mereka.

Namun begitu, selepas konsep graviti diolah oleh Einstein pada 1915 dengan kewujudan Relativiti Umum, Karl Schwarzschild merupakan orang pertama yang menggunakan teori graviti Einstein untuk objek sfera yang tak bergerak.

Hasil kerja Einstein (kiri) digunakan oleh Schwarzschild (kanan) dan menghasilkan semula idea lohong hitam.

Hasil kerja Schwarzschild menghidupkan idea Bintang Gelap ini semula.

Dalam kerja yang Schwarzschild lakukan, dia dapati bahawa wujud persamaan dengan konsep mathematical singularity (fungsi 1/x), di mana pada satu bahagian khusus, ketunggalan matematik pada persamaan itu tidak boleh dihilangkan. (at r = 0, 1÷0 blows to infinity)

Ini merupakan hasil kerja Schwarzschild yang turut dikenali sebagai Schwarzschild Metric. Pada nilai r = 0 dan r = rs, persamaan ini akan menjadi infiniti. rs ini dikenali sebagai Jejari Schwarzschild.

Schwarzschild merupakan orang pertama yang ‘menjumpai’ lohong hitam secara Matematik. Nama lohong hitam lebih baik dari bintang gelap, sebab secara teknikalnya, apa yang Schwarzschild jumpa bukan lagi “bintang”, tapi merupakan titik ketunggalan ruang masa.

Beza antara Bintang Gelap (Newton) dengan Lohong Hitam (Einstein) adalah pada konsep graviti yang digunapakai. Michell menganggap sesuatu bintang itu gelap kerana hanya cahaya yang ‘ditarik semula’ ke dalam Bintang Gelap, sedangkan Schwarzschild mendapati bahawa fabrik ruangmasa turut ‘ditarik’ sama.

Selepas Schwarzschild, saintis lain turut menggunakan teori Einstein bagi melihat ciri dan sifat lohong hitam. Antara yang terkenal adalah Hans Reissner, Gunnar Nordström, Roy Kerr (kiri) dan Ezra T. Newman (kanan).

Setiap sifat lohong hitam yang kita teroka disandarkan pada Hukum Keabadian.

Lohong Hitam Schwarzschild – lohong hitam statik tidak bergerak.

Lohong Hitam Kerr – lohong hitam berputar. (Hukum Keabadian Momentum Sudutan)

Lohong Hitam Reissner–Nordström – lohong hitam bercas. (Hukum Keabadian Cas Elektrik)

Lohong Hitam Kerr–Newman – lohong hitam berputar dan bercas. (Gabungan Hukum Keabadian Momentum Sudutan dan Cas Elektrik)

Berdasarkan data dari Event Horizon Telescope (EHT), lohong hitam M87 yang ditangkap gambarnya baru-baru ini ‘dilihat’ sebagai mempunyai momentum sudutan serta cas elektrik. Cara ‘melihat’ lohong hitam ini adalah dengan memadankan data dari EHT dengan model Matematik sedia ada yang kita buat di Bumi.

Lohong hitam M87 yang ditangkap gambarnya baru-baru ini.

Rujukan:

“Constraints on black-hole charges with the 2017 EHT observations of M87*” – https://arxiv.org/pdf/2105.09343.pdf

“Measurement of the spin of the M87 black hole from its observed twisted light” – https://arxiv.org/pdf/1904.07923.pdf

“Dark Star” – https://www.chemeurope.com/en/encyclopedia/Dark_star.html

“Black Holes or Dark Stars—What Follows from the General Relativity Theory” – https://www.scirp.org/journal/paperinformation.aspx?paperid=76926

Total
19
Shares
Leave a Reply

Your email address will not be published.

Related Posts