Soalan yang paling digemari oleh para pelajar dalam sesi syarahan saya ialah .. “Apa itu Lohong Hitam” , ” Ada gambar tak?” Setelah berdekad lamanya terpaksa menumpang grafik simulasi dari cerita-cerita Sci-Fi ataupun dokumentari.. akhirnya kita telah berjaya merakam rupa lohong hitam yang sebenar!
Hari penuh bersejarah kelmarin, 10 April 2019, apabila para saintis daripada projek mega Event Horizon Telescope (EHT) menunjukkan gambar sebuah lohong hitam. Inilah kali pertama dalam sejarah di mana, kita berjaya melihat sebuah objek yang sungguh masif, dahsyat dan menggerunkan, yang mana sebelum ini hanya dapat dibincang dan dijelaskan menerusi formula matematik sahaja.
4 buah foto yang ditunjukkan ketika sidang akhbar yang dibuat serentak di seluruh dunia, menunjukkan kontur atau sisi bahagian luar lohong hitam yang terletak di dalam sebuah galaksi bernama M87.
Galaksi M87 terletak lebih kurang 53 juta tahun cahaya daripada Bumi, Ia merupakan sebuah galaksi berbentuk eliptikal dan berada di langit di buruj Virgo.
Walaupun bentuk galaksi ini tidak ‘photogenic’ tetapi apa yang menjadikan ia menarik ialah sebuah pancutan jet gergasi sepanjang 5000 tahun cahaya, didapati muncul daripada pusat galaksi ini. Para saintis tahu, jika ada fenomena eskstrem seperti ini, ia adalah hasil semburan jirim-jirim yang dilontar keluar daripada bahagian ‘kutub’ lohong hitam pada kelajuan menghampiri kelajuan cahaya!
Sebelum EHT, kita tidak dapat lihat dengan jelas sumber pecutan jet tersebut. Segalanya berubah sekarang!
Teleskop sebesar Bumi
Projek EHT merupakan satu konsortium yang terdiri daripada lebih 200 orang saintis dan 20 negara dari seluruh dunia (termasuk Malaysia), dan usaha kajian ini telah dilakukan selama 2 dekad dah!
Masalah utama untuk merakam objek seperti lohong hitam yang jauh ini ialah saiznya yang kecil apabila dilihat dari Bumi. Teleskop sedia ada sekarang tidak mampu mencapai resolusi yang begitu tinggi sehingga dapat melihat rupa bentuk sebenar.
Akhirnya EHT diwujudkan hasil gabungan 8 buah teleskop dunia, iaitu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array di Chile; APEX (Atacama Pathfinder Experiment) di Chile; IRAM 30m (Institut de RadioAstronomie Millimétrique) di Sepanyol; LMT (Large Millimeter Telescope) di Mexico; SMT (Submillimeter Telescope) in Arizona; JCMT (James Clerk Maxwell Telescope) di Hawaii; SMA (SubMillimeter Array) di Hawaii; dan SPT (South Pole Telescope) di Antarctica.
Foto lohong hitam ini menggunakan teknik yang dipanggil Very Long Baseline Interferometry atau VLBI. Teknik ini menggabungkan semua data dari teleskop-teleskop radio di atas dan membentuk satu teleskop virtual sebesar Bumi!
Menurut pengarah projek, Sheperd Doeleman (Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian), resolusi yang berjaya dicapai umpama dapat melihat tarikh yang terukir di atas sekeping duit syiling yang berada di Los Angeles dari Washington D.C.
Wow!
Lohong Hitam
Dalam bahasa mudah, lohong hitam asalnya ialah sebuah bintang. Ketika hayatnya bintang ini sungguh besar dan masif, dan apabila ia sampai ke penghujung hayatnya, apabila ia meletup bahagian terasnya akan dimampatkan dengan begitu dahsyat sehinggakan gravitinya begitu kuat hinggakan menarik kembali cahaya yang dikeluarkan dirinya.
Disekeliling lohong hitam ini ada kawasan sempadan yang dikenali sebagai event horizon. Ini merupakan sempadan akhir. Mana-mana benda yang bergerak masuk ke dalam kawasan ini, akan ditarik masuk ke dalam lohong hitam dan tidak akan dapat keluar.
Apa yang berlaku dalam lohong hitam tu? Dalam fizik, dinyatakan apa-apa benda yang masuk ke dalamnya akan mengecil menjadi titik kecil bersaiz infiniti kecil.. dipanggil singularity. Dalam keadaan ini, hukum fizik dah tak boleh pakai dah.
Malangnya, pembuktian keadaan singularity ini hampir mustahil untuk diketahui sebab ia terletak di dalam kawasan sempadan event horizon. KIta tak akan dapat tahu apa yang berlaku sebenar-benarnya. Ketika ini hanya matematik sahaja dapat menjelaskannya.
Namun begitu, mana-mana bahagian luar event horizon itu kita boleh lihat dalam bentuk satu jelmaan cahaya berbentuk cakera atau gelang yang mengelilingi kawasan gelap di tengah-tengah. Jelmaan cahaya ini dikatakan bahan-bahan yang sedang berpusing-pusing disekeliling lohong hitam itu dalam kelajuan yang menghampiri kelajuan cahaya!
Kelajuan yang melampau ini menghasilkan haba yang tinggi dan mengeluarkan cahaya berbentuk gelang.
Einstein menerusi teori relativiti umum beliau telah menyatakan kewujudan ini. Menerusi teori ini, mana-mana jasad yang berjisim besar seperti planet, bintang atau lohong hitam, akan mengherotkan ruang-masa disekelilingnya. Herotan ruang-masa ini menyebabkan mana-mana objek lain yang berada berdekatan akan ‘disedut’ atau ‘jatuh’ ke kawasan pusat jasad itu tadi. Teori ini sungguh kuat dan telah dibuktikan benar berkali-kali sebelum ini, dalam keadaan ruang angkasa yang biasa dan normal.
Namun, apabila melibatkan lohong hitam, suasananya begitu ekstrem hinggakan sebelum 10 April 2019, kita masih belum mampu membuktikannya secara fizikal.
Akhirnya apabila EHT berjaya merakam bentuk lohong hitam ini secara terus, terbukti sekali lagi teori Einstein itu tadi masih tepat, betul dan boleh pakai!
Untuk pembacaan mengenai Lohong Hitam yang lebih tepat, boleh rujuk tulisan Ini Sains Beb ini.
Dalam kes lohong hitam di dalam galaksi M87, ia sangat besar dan dikenali sebagai lohong hitam supermasif. Bagaimana boleh wujudnya sebuah lohong hitam sebesar ini masih menjadi misteri dan masih dalam kajian dunia astrofizik.
Data berlambak-lambak!
Kumpulan EHT telah mencerap 2 buah lohong hitam supermasif selama 2 minggu secara berterusan. Hasil yang kita lihat sekarang ini ialah cerapan pada bulan April 2017, manakala cerapan kedua dibuat setahun selepas itu dan hasilnya masih belum diumumkan lagi.
Mengapa 2 tahun? Antara sebabnya ialah data yang dikumpul itu mencapai saiz 5 petabyte!!! “Jumlah data yang begitu banyak ini mustahil untuk disalurkan menerusi internet”, menurut Dimitrios Psaltis, profesor astronomi dari University of Arizona dan juga salah seorang saintis EHT.
5 petabyte ini umpama semua fail-fail lagu format MP3 yang dikumpulkan selama 5000 TAHUN.
makk aiii
Maka, saintis terpaksa menggunakan cara tradisional, iaitu menyalin data-data itu dalam cakera keras, dan mengumpulkan menggunakan khidmta kurier FedEx. Ia dihantar ke Massachusetts dan Jerman. Cara ini lebih cepat berbanding menerusi internet!
Selain itu, data daripada balaicerap di Antartika tidak boleh dibawa keluar sehinggalah bulan Disember 2017, apabila cuaca ketika itu sudah cukup panas dan membenarkan kapal terbang membawa keluar cakera keras tersebut!
Apabila data itu dikumpul, ia perlu diolah, diisih, dibersihkan daripada data yang tidak ada kena mengena. Proses ini sungguh rumit dan perlu dibuat berhati-hati. Jika ia dibuat sambil lewa, mungkin hasil akhirnya tidak tepat. Ia dimasukkan ke dalam sebuah super komputer yang akan menyelaraskan kesemua data daripada 8 buah teleskop radio dalam skala kejituan satu per trilion saat!
Menurut Micheal Johnson, “Data-data ini kena betul-betul tepat. Jika ada ralat sedikit pun, tiada maklumat akan diperolehi!”
Bagi yang berminat menyelongkar kaedah EHT ini boleh mendapatkan jurnal-jurnal bagi setiap komponen serta kaedah pengimejan di bawah:
- First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole
- First M87 Event Horizon Telescope Results. II. Array and Instrumentation
- First M87 Event Horizon Telescope Results. III. Data Processing and Calibration
- First M87 Event Horizon Telescope Results. IV. Imaging the Central Supermassive Black Hole
- First M87 Event Horizon Telescope Results. V. Physical Origin of the Asymmetric Ring
- First M87 Event Horizon Telescope Results. VI. The Shadow and Mass of the Central Black Hole
Saya tertarik dengan apa yang dibincangkan ketika sidang media ESO kelmarin, dan juga oleh Dr. Juan semalam. Menurut mereka, data-data yang diproses itu telah dibuat oleh banyak kumpulan penyelidik, yang masing-masingnya melakukan menggunakan kaedah masing-masing. Ini bagi mengelakkan unsur berat sebelah dalam maklumat yang diperoleh nanti. Maka, apabila hasil akhir yang didapati itu konsisten dan sama untuk setiap kumpulan,barulah mereka berasa yakin dengan keputusan itu.
Check and balance!
Jadi apa kita boleh faham dari foto tu?
Walaupun majoriti pengumuman yang dibuat tempoh hari fokus kepada bagaimana foto ini dirakam, masih ada beberapa poin menarik yang sudah boleh ‘dibaca’ daripada hasil cerapan itu.
Berdasarkan saiz bayang-bayang gelap lohong hitam itu, saintis menganggarkan ia mempunyai jisim 6.5 JUTA BILION kali Matahari kita.
Lohong hitam ini berputar pada sudut arah jam dari pandang kita di Bumi.
Bahagian gelang yang lebih terang (di sisi bawah) menunjukkan gas-gas disekitarnya yang bergerak ke arah kita, manakala yang sisi sedikit gelap (atas) ialah gas yang bergerak menjauhi kita.
Setakat ini data yang diperolehi tidak dapat mengagak sepantas mana putaran lohong hitam ini.
Saiz lohong hitam atau bayang-bayang hitam itu sungguh besar hinggakan kalau kita nak terbang dari sisi ke sisi dalam kelajuan cahaya, terpaksa mengambil masa 1 1/2 hari!
Apa selepas ini?
Pengumuman yang dibuat tempoh hari tertumpu kepada lohong hitam supermasif di sebuah galaksi jauh daripada Bumi. Berdekatan dengan kita, di tengah-tengah Bima Sakti, ada sebuah lagi lohong hitam yang dikenali sebagai Sagittarius A* atau singkatan Sgr A*.
Lohong hitam Sgr A* ini, walaupun ia berada 1000 kali lebih dekat dari M87, tetapi ia juga 1000 kali lebih kecil. Maka, usaha untuk merakam ini sama susah dan mencabar seperti M87. Namun begitu, cabaran paling besar dengan Sgr A* ini ialah disebabkan ia kecil, bahan-bahan di kawasan cakera di sekelilingnya bergerak lebih laju, malah ada yang berputar satu pusingan selang beberapa minit sahaja. Maka itu, merakam lohong hitam Sgr A* jauh lebih mencabar!
10 April 2019 merupakan hari bersejarah bagi manusia. Inilah kali pertama kita berupaya melihat bentuk sebenar sebuah lohong hitam yang sebelum ini hanya digambarkan menerusi cerita sains fiksyen. Saintis seperti Einstein dan Stephen Hawking serta ramai lagi, yang telah memulakan kajian lohong hitam ini menerusi teori matematik sudah tiada. Kini giliran saintis sekarang pula untuk meneruskan penerokaan sebuah jasad samawi yang sungguh eksotik ini.
Apa pun, selepas ini kalau ada sesiapa yang bertanya saya, “apa rupa sebuah black hole?”, akhirnya saya dapatkan jugak tunjuk gambar ini!
