Minda Ke Tinta Dr.Rushdan Noor: BLACK HOLE (LOHONG HITAM)

Black hole (“lohong hitam”) adalah salah satu kejadian alam yang paling pelik dan ahli sains sendiri merasa sangat takjub. Ianya juga dianggap salah satu struktur di dalam alam ini yang paling menakutkan. Dari manakah black hole ini berasal ? Bintang seperti matahari mempunyai kitaran hidup, dari mula dilahirkan dan sampai masa, ia akan mati. Ahli sains percaya bahawa kebanyakkan black hole adalah hasil akhir dari proses kematian bintang terutama bintang yang mempunyai saiz dan jisim yang besar. Manakala black hole yang lain mungkin terhasil dari proses yang berbeza dan belum diketahui dengan sepenuhnya.

PROSES KEJADIAN BLACK HOLE

Bintang seperti matahari terdiri daripada pengumpulan atom hydrogen yang tersangat banyak yang termampat di pusat ataupun terasnya. Di dalam teras bintang ini atom hydrogen bergabung ("fusion") sesama sendiri untuk membentuk helium dan menghasilkan tenaga yang tersangat tinggi (tenaga nuklear). Tenaga ini adalah di dalam bentuk radiasi. Ini adalah tenaga yang menolak ke luar melawan arah tarikan graviti. Jadi bintang kekal stabil apabila tekanan ke luar daripada radiasi ini diimbangi oleh tekanan ke dalam yang dikenakan oleh graviti. Selagi tindakbalas hydrogen ("nuclear fushion") yang membentuk helium ini berterusan, tenaga yang menolak ke luar (tenaga nuklear) dan yang menarik ke dalam (graviti) bintang akan mencapai keseimbangan.

Tetapi bagi bintang yang sudah sampai ke penghujung hayatnya, berlaku proses2 berikut. Apabila tekanan dan suhu yang terlalu tinggi di teras, akan berlaku berlaku gabungan atom yang menghasilkan elemen2 yang lebih berat seperti karbon, neon, oksigen, silicon sehingga kepada pembentukan atom besi (iron atom). Berbeza dengan atom2 lain, pembentukan atom besi kurang menghasilkan tenaga. Atom2 besi akan berkumpul dan membesar di teras bintang, tenaga nuklear yang menolak ke arah luar akan mencapai tahap kritikal di mana tenaga yang dihasilkan itu tidak mampu mengimbangi tarikan graviti, akibatnya teras bintang ini akan runtuh (“collapse”). Dalam beberapa detik sahaja bintang akan implode (meletup ke dalam) dan menimbunkan lebih banyak kandungannya (jirim) ke teras bintang. Kemudian akan diikuti oleh letupan keluar ("explosion") yang sangat besar dikenali sebagai letupan supernova. Debu dan gas yang terhasil dari letupan ini akan membentuk nebula. Jadi letupan supernova yang dikesan menggunakan teleskop ini adalah petanda sebuah bintang sedang menjalani proses kematiannya.

Akibat daripada letupan supernova ini, teras bintang tadi akan bertukar menjadi bintang neutron yang sangat padat (garispusat 20 km) jika saiz asalnya tidak begitu besar (10-40 jirim matahari). Jika bintang ini cukup besar, padat dan melibatkan tenaga dan graviti yang tersangat besar, ia akan bertukar menjadi black hole di mana graviti yang terlalu kuat itu akan memampatkan serpihan bintang menjadi satu titik tunggal yang tersangat kecil ("infinite small") dan tersangat mampat ("infinite dense") dikenali sebagai singulariti. Pada titik ini, masa akan terhenti dan hukum2 fizik yang sedia ada sudah tidak terpakai. Akibat daripada graviti yang terlalu tinggi di tengah2nya, cahaya tidak dapat melepasi ataupun dipantulkan dan ia kelihatan gelap ataupun hitam pekat. Jadi black hole ini sebenarnya tidak kelihatan, yang dapat dikesan adalah perubahan yang berlaku di sekelingnya. Sempadan black hole dikenali sebagai Event Horizon. Apa sahaja yang jatuh ke dalamnya tidak mungkin dapat kembali.

BAGAIMANA MENGESAN BLACK HOLE

Disebabkan black hole tidak boleh dilihat, maka kajian ke atasnya dilakukan ke atas apa yang belaku di sekitarnya, contohnya gas2, debu dan jirim yang beredar disekitarnya menjadi sangat panas dan menghasilkan cahaya yang terang. Penemuan black hole juga berasaskan kepada fenomena yang sama. Black hole yang sangat besar juga didapati mempunyai bintang2 yang mengelilinginya dan sifat atau pergerakan bintang2 ini telah dijadikan panduan kepada ahli sains untuk mempelajari sifat2 black hole. Gas, debu dan bintang yang berdekatan boleh disedut atau ditelan ke dalam black hole dan kemudian dihambur keluar seperti asap jet (mengandungi gas, debu dan radiasi) dari tengah black hole dengan kelajuan cahaya, ini dikenali sebagai "relativistic jets". Fenomena ini jarang berlaku dan hanya dikesan ke atas suppermasdive black hole. Kawasan luar di keliling black hole dikenali sebagai Accretion Disk yang terdiri dari gas dan debu yang sangat panas berputar dan menghasilkan radiasi dalam bentuk sinar X-Ray. Mengesan sinar X-Ray ini juga telah dijadikan petunjuk yang digunakan untuk mengenal black hole, contohnya semasa ahli sains menemui black hole Cygnus X-1. Walau bagaimanapun, tidak semua black hole mempunyai accretion disk (mungkin hanya 1% sahaja yang dikesan mempunyai struktur ini).

JENIS-JENIS BLACK HOLE

Saintis telah membahagikan beberapa jenis black hole:

1. Stellar mass black hole ( 10X saiz matahari), paling banyak. Terbentuk apabila bintang bersaiz 10-20 kali saiz matahari mati (seperti yang diterangkan di atas). Mungkin terdapat berjuta stellar black hole di dalam galaksi Milky Way sahaja. Kebanyakan black hole yang wujud dalam alam ini adalah dari jenis ini.

2. Supermassive black hole adalah black hole yang tersangat besar, mungkin berjuta, malahan berbillion kali lebih besar dari saiz matahari. Ianya didapati wujud di tengah2 pusat galaksi yang besar termasuk Milky Way dan juga Andromeda. Supermassive black hole yang terletak di tengah pusat Galaksi Milky Way dikenali sebagai Sagittarius A, mempunyai saiz 4 juta matahari dan bergarispusat bersamaan dengan jarak daripada bumi ke matahari (150 juta km). Jarak Sagitarius A dari bumi adalah 26,000 tahun cahaya. Imej sebenar black hole ini telah diperolehi menggunakan teleskop event horizon dan disiarkan pada tahun 2022. Proses kejadian black hole jenis ini ("supermassive black hole") belum dapat dipastikan. Setengah ahli sains berpendapat yang black hole yang sebesar ini dibentuk secara terus dari keruntuhan dan kemampatan (oleh graviti mereka sendiri) awan debu serta gas yang tersangat besar.

3. Intermediate - mass black hole bersaiz antara 100 hingga 100,000 saiz matahari. Ia mungkin terbentuk hasil dari pertembungan Stellar mass black hole.

4. Miniature atau Primordial black hole terbentuk beberapa saat selepas kelahiran alam semesta. Belum pernah ditemui oleh ahli sains.

Stellar dan Supermassive black hole paling kerap dijumpai. Black hole yang pertama ditemui adalah Cygnus X-1 terletak di galaksi Milky Way pada tahun 1965. Image black hole pertama berjaya direkodkan adalah pada tahun 2019 oleh Teleskop Event Horizon yang berjaya mengesan black hole di tengah galaksi M87.

PERSOALAN DAN NASIB MASA DEPAN BLACK HOLE

Apakah nasib black hole? Ahli sains tidak pasti. Tetapi Stephen Hawkin berpendapat bahawa tenaga dan radiasi dari black hole ini boleh terlepas keluar dari masa ke semasa hingga saiznya semakin kecil. Radiasi ini telah dinamakan sebagai "Hawkin's Radiation". Jadi kemungkinan black hole akan mengecil dan lama kelamaan lenyap. Black hole juga boleh bergabung sesama sendiri dan menjadi lebih besar. Ahli sains juga percaya black hole yang aktif menelan bahan2 di sekelilingnya juga boleh membesar. Ada juga pendapat yang black hole supermassive (terletak di tengah galaksi) memainkan peranan di dalam pembentukan dan kemusnahan galaksi. Yang mana datang dahulu? Galaksi ataupun black hole yang datang dahulu? Jika benar, ia memainkan peranan penting dalam pembentukan galaksi, maka black hole juga boleh dianggap struktur yang sangat penting dalam perkembangan alam semesta sebab galaksi adalah unit asas ("building block") kepada alam semesta. Adakah black hole ini laluan dari satu alam ke alam yang lain? Ada juga teori yang mengatakan alam ini lahir dari black hole. Banyak lagi teori dan pendapat ahli sains tentang black hole tetapi banyak antaranya belum dapat dibuktikan lagi kerana black hole dianggap struktur yang paling bermisteri di alam semesta.

Lebih banyak soalan dari jawapan tentang black hole ini sebenarnya. Ahli sains masih mengkaji dan menyelidik tentang black hole untuk lebih memahami struktur yang paling menakjubkan ini.

Dato' Dr Rushdan Noor