Pencerapan lohong hitam

Cygnus X-1 yang dipercayai sebagai lohong hitam dicerapi dalam tahun 2002 dalam sinaran-X oleh satelit Europah Integral. Ia kelihatan unik sebab bintang-bintang lain disekitarnya tidak mengeluarkan sinaran seperti ini. Ia sebenarnya tidak sendirian, malah ia adalah sebahagian daripada sistem berkembar dengan bintang raksasa biru HDE 226868. Gas dari bintang raksasa biru inilah yang mengeluarkan sinaran-X apabila ia tertarik sehingga hilang didalam lohong hitam. Kredit : ESA/JEM-X/ECF

Lohong hitam merupakan objek selestial yang paling pelik yang telah didedahkan oleh Fizik. Justeru itu, tidak hairanlah jika soalan berikut timbul: Betulkah lohong hitam ujud atau ia hanyalah hasil imaginasi pakar-pakar teoris ? Jawapannya pula amat susah untuk dijelaskan sebab lohong hitam tidak dapat dilihati sebab cahayanya tidak dapat keluar sempadan Jejari Swartzchild. Akibatnya, bukti definitif seperti fotografi secara terus, tidak dapat diperolehi.

Oleh yang demikian, keujudan lohong hitam perlu dipastikan secara tidak terus, iaitu melalui pengaruhnya ke atas objek lain. Seperti yang telah kita lihati, kebanyakan bintang-bintang tidak ujud secara sendirian, mereka merupakan sebahagian daripada sistem kembaran. Bila satu ahli daripada sistem kembaran tersebut merupakan kerdil putih atau bintang neutron, pemindahan jisim boleh terjadi menghasilkan satu fenomena seperti nova atau supernova. Jika satu daripada bintang tersebut merupakan lohong hitam, proses serupa boleh terjadi di mana jisim berpindah menghasilkan satu cakera pecutan, suhu yang mencapai ke tahap teramat tinggi, dan sinaran-X dikeluarkan. Ini membolehkan kita mengesan keujudan lohong hitam itu, iaitu dengan mencari punca sinaran-X dalam sistem kembaran.

Masalahnya, kebanyakan bintang neutron juga mengeluarkan sinaran-X. Ini menyebabkan betapa pentingnya untuk menentukan jika punca tersebut adalah sebenarnya lohong hitam. Satu cara yang mudah untuk tujuan tersebut ialah dengan menentukan jisim objek yang mengeluarkan sinaran-X tersebut. Kajian teori bintang neutron menunjukkan bahawa jisim maksimanya ialah tiga kali-ganda jisim Matahari. Oleh yang demikian, jika punca sinaran-X itu didapati berjisim melebihi tiga kali-ganda jisim Matahari, kita boleh menganggap bahawa objek tersebut ialah lohong hitam.

Cygnus X-1

Satu calun lohong hitam yang pertama telah dicerapi dipermulaan tahun 1970 oleh satelit Uhuru yang mencerap dalam sinaran-X. Di dalam buruj Cygnus satu punca sinaran-X telah dicerapi lalu dinamakan Cygnus X-1. Selain daripada kekuatan sinarannya, ia juga terkenal disebabkan kelajuan kecerahan sinaran tersebut turun-naik. Kadang-kadang satu kitarannya mengambil masa beberapa milli-saat saja.

Kelajuan turun-naik kecerahan ini menunjukkan bahawa punca tersebut adalah amat kecil. Untuk menurun-naikkan kecerahan sinaran dengan ketara, ia perlu melibatkan seluruh bintang tersebut. Maksudnya, pertukaran maklumat secara keseluruhan adalah perlu. Tetapi, pertukaran tersebut tidak terjadi secara serentak, malah pada kelajuan cahaya seperti yang ditunjukkan oleh relativiti. Kalau cahaya mengambil masa satu tahun untuk melintasi satu objek, ia tidak akan mempamirkan kitaran turun-naik dalam skala satu hari. Oleh yang demikian, kelajuan turun-naik kecerahan sinaran Cygnus-X membuktikan bahawa objek tersebut adalah amat kecil, dengan garis-pusat beberapa ratus kilometer sahaja.

Tetapi cerapan sinaran-X tidak dapat menentukan dengan tepat kedudukan Cygnus X-1. Ini cuma dapat dicapai dalam tahun 1972. Punca Cygnus X-1 kelihatan berkaitan dengan bintang biasa 6000 tahun cahaya di sebelahnya, HDE226868, yang sendirinya bukan punca sinaran-X. Analisis spektrum bintang itu telah menunjukkan bintang tersebut bergerak mengikut ayunan berkitar yang menunjukkan ia berputar mengelilingi satu objek lain. Kesimpulannya mudah, HDE226868 ada teman, iaitu Cygnus X-1, yang tidak dapat dicerapi dalam gelombang cahaya tampak. Disebabkan sifatnya yang menyedut bahan-bahan dari bintang kembarnya, ia mendedahkan keujudan dirinya dengan membebaskan sinaran-Xnya.

Adakah bintang terlindung ini lohong hitam atau bintang neutron? Dari hubungan antara jisim dan kecerahan bintang-bintang, pakar astrofizik dapat mengetahui bahawa bintang HDE226868, jenis B, mempunyai jisim 30 kali-ganda jisim Matahari. Dari analisis garisan spektrum terpindah, mereka juga telah mengetahui sifat pergerakan bintang ini. Dari data tersebut mereka telah dapat menentukan jisim yang perlu untuk membolehkan pergerakan tersebut. Keputusannya, Cygnus X-1 dijangka mempunyai jisim 10 kali-ganda jisim Matahari, iaitu jauh melebihi had maksima bintang neutron.

Oleh yang demikian, besar kemungkinan Cygnus X-1 adalah satu lohong hitam. Jisimnya, kekecilan saiznya dan kekuatan sinaran-Xnya menyokong dakwaan ini. Perlu juga dinyatakan bahawa ini tidak dapat dipastikan secara seratus peratus. Masih ada ketidakpastian dalam perkiraan jisimnya. Jika diambil kira semua ralat penganggaran, paling buruk kiraan menghasilkan jisim Cygnus X-1 tiga kali-ganda jisim Matahari. Ini menjadikannya satu bintang neutron. Walau macamanapun, kemungkinannya sebagai lohong hitam adalah amat besar.

Calun-calun yang lain

Sejak penemuan Cygnus X-1, calun-calun lohong hitam yang lain juga telah ditemui. Kesemuanya menunjukkan ciri-ciri yang sama, kekuatan sinaran-X, kelajuan turun-naik kecerahan sinarannya, jisim akhir melebihi 3 kali-ganda jisim Matahari. Sebagai contoh, A0620-00 dalam buruj Unicorn, LMC X-1 dan LMC X-3 dalam Large Magellanic Cloud dan V404 Cygni dalam buruj Cygnus. Contoh yang terakhir tersebut mungkin satu calun yang amat dipercayai disebabkan jisim minimanya melebihi 6 kali-ganda jisim Matahari, iaitu 2 kali-ganda jisim maksima bintang neutron.

Akhir sekali, kita sentuh sedikit tentang satu lagi jenis lohong hitam, satu jenis yang jauh lebih masif, yang terdapat di pusat galaksi-galaksi, dimana jisimnya boleh mencapai ke tahap beberapa billion jisim Matahari. Cerapan menggunakan cara lain telah menentukan dengan pasti keujudan lohong hitam supermasif. Hasilnya merupakan satu lagi cadangan yang menyokong ide dimana lohong hitam bermula dipenghujung hayat bintang.