Apa yang dikatakan gambar lubang hitam kepada kita

Ketika para ilmuwan 'memotret' lubang hitam yang tidak terlihat: gambar menangkap area di sekitarnya, dihasilkan dari data yang dikumpulkan oleh satu set teleskop, dan menyediakan platform untuk memahami lubang hitam dengan lebih baik.

Gambar lubang hitam pertama. Ditangkap oleh proyek Event Horizon Telescope. (Sumber gambar: National Science Foundation)

Lubang hitam seharusnya menjadi daerah tergelap di seluruh alam semesta. Namun, ketika para ilmuwan mengumumkan minggu lalu bahwa mereka, untuk pertama kalinya, mampu menangkap foto lubang hitam, gambar yang mereka ungkapkan sama sekali tidak gelap. Itu tampak oranye terang dan berbentuk donat dalam apa yang menjadi salah satu gambar yang paling banyak beredar dalam satu minggu terakhir. Ketika cahaya tidak bisa lepas dari lubang hitam, bagaimana foto itu dicapai, dan apa yang membuat pencapaian itu penting?

Apa yang ditunjukkan gambar?

Subjek utama foto, lubang hitam yang terletak 55 juta tahun cahaya dari Bumi, di pusat galaksi bernama Messier 87, terbatas pada inti pusat kecil dan gelap dari bentuk donat dalam gambar, yang dapat diidentifikasi hanya karena lingkungan terang itu tertutup di dalamnya. Ini adalah satu-satunya cara lubang hitam bisa difoto — dengan menangkap seluruh area di sekitarnya. Lubang hitam itu sendiri tidak memancarkan atau memancarkan cahaya, atau gelombang elektromagnetik lainnya yang dapat dideteksi oleh instrumen yang dibuat oleh manusia. Tetapi area di luar batas lubang hitam — disebut sebagai cakrawala peristiwa — yang memiliki sejumlah besar gas, awan, dan plasma yang berputar-putar dengan hebat, memancarkan semua jenis radiasi, termasuk bahkan cahaya tampak.

Dijelaskan: Ini adalah lubang hitam, dan mengapa tidak ada yang difoto sebelumnya

Bagian luar lubang hitam juga tidak mudah untuk difoto. Lubang hitam yang dimaksud memiliki diameter 1,5 hari cahaya, atau sekitar 40 miliar kilometer. Cincin di luar lubang hitam biasanya memiliki bentangan 4-5 kali lebih besar. Tetapi jarak yang sangat jauh dari Bumi berarti bahwa merekam sesuatu yang lebih baik daripada gambar ukuran titik secara fisik tidak mungkin dilakukan dengan instrumen yang tersedia. Para ilmuwan telah menghitung bahwa gambar beresolusi lebih besar, seperti yang akhirnya bisa mereka tangkap, membutuhkan teleskop yang antenanya sebesar Bumi itu sendiri.

Mengapa itu penting?

Para ilmuwan telah menggunakan gambar lubang hitam yang disimulasikan komputer selama beberapa tahun untuk mempelajari wilayah ini. Untuk pertama kalinya, mereka memiliki gambar yang sebenarnya. Meskipun tampak sangat mirip, para ilmuwan sekarang akan mulai melihat lebih dekat pada gambar sebenarnya untuk melihat apakah itu berbeda dari gambar simulasi komputer dalam detailnya, dan apakah perbedaan ini dapat dijelaskan oleh instrumentasi, observasi, atau kesalahan lainnya. Ini dapat memberikan ujian bagi teori alam semesta yang ada, dan mengarah pada pemahaman yang lebih baik tentang lubang hitam dan sifat alam semesta itu sendiri.

Memilih lubang hitam

Ada alternatif untuk memotret lubang hitam di galaksi M87 — mencoba memotret lubang hitam yang jauh lebih dekat. Ada ribuan, mungkin jutaan, lubang hitam yang jauh lebih dekat ke Bumi, tetapi tidak setiap lubang hitam bisa menjadi kandidat untuk difoto. Para ilmuwan sedang mencari ukuran lubang hitam tertentu, cukup besar untuk ditangkap oleh instrumen yang tersedia di Bumi. Lubang hitam di galaksi M87 berukuran sekitar 6 miliar kali ukuran Matahari, dan salah satu yang terbesar yang diketahui. Tidak ada lubang hitam dengan ukuran sebanding yang lebih dekat ke Bumi.

Baca | Gambar cakrawala peristiwa Lubang Hitam dimungkinkan oleh karya mahasiswa pascasarjana MIT ini

Bagaimanapun, ada kandidat, di galaksi Bima Sakti kita sendiri. Lubang hitam Sagitarius A*, di pusat Bima Sakti, berukuran sekitar 4,3 juta kali ukuran Matahari, dan hanya berjarak 25.000 tahun cahaya dari Bumi. Jaraknya sekitar 2.000 kali lebih dekat ke Bumi dibandingkan dengan yang ada di galaksi M87, tetapi juga sekitar 1.500 kali lebih kecil. Oleh karena itu, dalam skala, dua kandidat lubang hitam menawarkan kesempatan yang sama untuk difoto.

Menyiapkan teleskop

Teleskop seukuran Bumi bukanlah sesuatu yang bisa disediakan. Jadi, para ilmuwan harus merancang metode baru yang cerdik untuk mengatasi keterbatasan instrumen mereka. Mereka memutuskan untuk menggunakan delapan teleskop radio terbesar dan tercanggih di dunia, dan menghubungkannya dengan teknik yang dapat membuat mereka bertindak seperti teleskop virtual seukuran Bumi. Teleskop membuat rekaman simultan dari radiasi yang datang dari wilayah lubang hitam. Masing-masing teleskop dilengkapi dengan jam atom sehingga rekaman mereka nantinya bisa dicocokkan dengan presisi ekstrim.

Baca juga | Cakrawala peristiwa lubang hitam: Ini penampakannya

Teleskop individu masing-masing mengumpulkan radiasi yang datang dari wilayah lubang hitam. Tetapi karena keterbatasan ukuran, mereka semua hanya memiliki informasi yang sangat terbatas tentang lubang hitam. Mencocokkan data yang direkam oleh masing-masing teleskop ini pada saat yang tepat memberi para ilmuwan lebih banyak informasi, tetapi tidak ada yang bisa dilakukan tentang sejumlah besar informasi yang tidak dapat ditangkap oleh teleskop ini.

Membangun gambar dari data

Di sinilah para ilmuwan mengambil bantuan superkomputer untuk menciptakan kembali gambar penuh lubang hitam dengan informasi terbatas yang ditangkap oleh teleskop. Membangun kembali seluruh gambar dengan data terbatas bukanlah hal yang aneh. Teknik kompresi yang kami gunakan untuk mengurangi ukuran file musik, gambar, atau video di komputer kami bekerja dengan prinsip yang sama. Kami membuang banyak informasi sambil mengurangi ukurannya, tetapi komputer masih dapat membuat ulang musik atau video, meskipun dengan beberapa penurunan kualitas.

Tentu saja, tantangan bagi para ilmuwan yang mengerjakan gambar lubang hitam lebih rumit daripada teknik yang digunakan untuk kompresi file. Mereka memiliki sejumlah besar data untuk ditangani, namun informasi yang diperoleh langsung dari radiasi sangat terbatas. Oleh karena itu, tidak mengherankan, karena itu, mereka harus menulis algoritme yang sama sekali baru, menggunakan pendekatan inovatif, untuk meregenerasi gambar.

Akibatnya, sejumlah besar piksel pada foto yang disajikan kepada dunia dapat dihasilkan oleh komputer. Tapi mereka dihasilkan dengan menggunakan informasi dalam piksel yang merupakan hasil pengamatan langsung dari teleskop, bukan dihasilkan dari model matematika, seperti yang terjadi pada gambar simulasi komputer.

Butuh waktu dua tahun bagi beberapa superkomputer tercepat di dunia untuk memproses data dalam jumlah besar dan menciptakan kembali citra lubang hitam di galaksi M87. Foto lubang hitam Sagitarius A* belum dirilis, tampaknya karena gambarnya belum siap.

Bagikan Dengan Temanmu: