Perilaku Cahaya di Piringan Akresi Lubang Hitam

Cahaya yang lepas dari piringan akresi lubang hitam melengkung kembali ke piringan akresi sebelum dipantulkan ke angkasa dan menjelajah alam semesta sampai tiba di Bumi.

Supaya dapat gambaran, lubang hitam memang benda yang gravitasinya sangat kuat. Tidak ada yang bisa lepas dari gravitasi lubang hitam. Termasuk Cahaya. Tapi, tentu saja semakin jauh dari lubang hitam, pengaruh gravitasinya juga makin melemah. Nah, ada batasan area dimana materi sudah tidak bisa lolos dari gravitasi lubang hitam. Namanya horison peristiwa.

Di luar horison peristiwa materi masih bisa “selamat”. Di sekeliling lubang hitam, ada materi yang terperangkap akibat gravitasi yang sangat kuat dan membentuk piringan akresi. Cakram yang berisi gas, debu, dan puing-puing bintang yang hancur akibat gravitasi lubang hitam ini membentuk cakram pipih di sekeliling lubang hitam. Saking panasnya, piringan akresi ini bersinar sangat terang dalam panjang gelombang sinar-X.

Cahaya memang tidak bisa lolos dari lubang hitam. Tapi cahaya yang dipancarkan dari piringan akresi bisa lolos. Yang menarik, tidak semua cahaya bisa lolos. Sebagian cahaya yang lepas dari salah satu sisi piringan harus menyerah kalah pada pengaruh gravitasi lubang hitam. Akibatnya, cahaya melengkung ke sisi lain piringan, menyinari piringan, dan kemudian dipantulkan kembali sehingga bisa kita lihat dari Bumi.

Fenomena ini sudah diprediksi sejak tahun 1970-an. Dan baru bisa dibuktikan sekarang.

Cahaya dari Lubang Hitam

Cahaya yang diamati itu datang dari lubang hitam XTE J1550?564 yang ditemukan pada tahun 1998 oleh satelit Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) milik NASA. Satelit ini mendeteksi sinar-X energi tinggi yang dipancarkan benda-benda langit. Salah satunya adalah lubang hitam XTE J1550?564 yang berada pada jarak 14.000 tahun cahaya dari Bumi.

XTE J1550?564 tidak sendiri. Lubang hitam 9 massa Matahari ini dikelilingi bintang yang massanya setara Matahari atau bahkan kurang, dari jarak 10 juta km. Jarak yang sangat dekat. Bahkan 6 kali lebih dekat jarak Merkurius ke Matahari.

Gravitasi yang kuat jelas menarik materi dari Matahari untuk mengalir ke lubang hitam. Materi yang mengalir dari bintang inilah yang membentuk piringan akresi super panas di sekeliling lubang hitam. Suhu di piringan akresi memang sangat tinggi bisa mencapai 10 juta derajat sebagai akibat gesekan antar materi yang sedang bergerak mengitari lubang hitam tersebut. Saking panasnya, cahaya yang dipancarkan adalah sinar-X.

Cahaya inilah yang berhasil diterima oleh RXTE. Yang menarik, lubang hitam XTE J1550?564 ternyata mengalami peningkatan kecerlangan yang diduga terjadi akibat peningkatan jumlah materi yang ditransfer bintang ke piringan akresi. Peristiwa peningkatan cahaya ini dikenal juga sebagai suar.

Misi RXTE berakhir pada tahun 2012 dan seluruh data pengamatannya tersimpan dengan baik.

Cahaya Yang Melengkung

Apa efek suar pada piringan lubang hitam? Pertanyaan inilah yang mendasari penelitian yang dilakukan oleh tim astronom dari Caltech. Tim yang dipimpin oleh Riley Connors mencari tahu efek suar tersebut dari perubahan waktu dan energi sinar-X yang datang dari lubang hitam.

Untuk itu, tim ini menggunakan data dalam arsip pengamatan RXTE. Dengan pemodelan, tim astronom berhasil melihat beberapa efek, termasuk perubahan bentuk dan kemiringan piringan akresi selama terjadinya suar atau flare. Piringan akresi melengkung mirip lengkungan pada pinggiran topi. Dan lengkungan tersebut tampak jelas ketika suar sedang berlangsung.

Para astronom juga menemukan 5% dari sinar-X yang dipancarkan oleh piringan akresi melintas sangat dekat dengan lubang hitam. Akibatnya, tentu saja cahaya tersebut melengkung akibat gravitasi lubang hitam yang sangat kuat dan kembali menuju ke piringan akresi pada sisi yang berbeda. Cahaya yang dibengkokan dan kembali ke piringan akresi itu kemudian dipantulkan kembali ke angkasa, dan lolos dari gravitasi lubang hitam.

Pada saat cahaya yang dibengkokkan ini kembali menuju piringan akresi, pada saat itulah terjadi peningkatan kecerlangan. Jadi, peningkatan kecerlangan bukan berasal dari materi bintang melainkan dari materi piringan akresi yang dibengkokkan lubang hitam. Sederhananya, piringan akresi menerangi dirinya sendiri.

Yang menarik, berdasarkan persamaan relativitas umum, efek ini bisa dimodelkan. Dari hasil perhitungan dan pemodelan relativitas umum, ditemukan kalau 5% cahaya yang dipancarkan akan bengkok dan kembali ke piringan akresi sebelum dipantulkan kembali. Hasil ini ternyata cocok dengan hasil pengamatan.

Hasil ini merupakan pembuktian tidak langsung dari relativitas umum Einstein yang bisa membantu para astronom di masa depan untuk menghitung laju rotasi lubang hitam.