Lubang hitam, tentu saja, mengagumkan. Tapi, bagi para ilmuwan, mereka lebih mengagumkan. Jika pelangi itu luar biasa, maka memahami bagaimana semua warna pelangi hadir, bersatu, dalam cahaya putih biasa — itu lebih menakjubkan. (Meskipun, terkenal, dalam puisinya “Lamia,” John Keats tidak setuju, menyalahkan “filsafat dingin” karena menenun pelangi.) Dalam beberapa tahun terakhir, jumlah data yang ditemukan para ilmuwan tentang lubang hitam telah tumbuh secara eksponensial. Pada bulan Januari, para astronom mengumumkan bahwa Teleskop Luar Angkasa James Webb telah mengamati lubang hitam tertua — yang hadir ketika alam semesta baru berusia empat ratus juta tahun. (Diperkirakan sekarang berusia 13,8 miliar tahun.) Baru-baru ini, dua lubang hitam supermasif, dengan massa gabungan dua puluh delapan miliar matahari, diukur dan terbukti telah berputar erat satu sama lain, tetapi tidak bertabrakan, selama tiga miliar tahun terakhir. Dan itu hanyalah contoh yang paling mudah dipahami oleh publik. Bagi saya, lubang hitam supermasif terdengar luhur; Bagi seorang ilmuwan, itu juga bisa menjadi ujian hipotesis liar. “Astrofisika adalah latihan dalam eksperimen luar biasa yang tidak dapat dijalankan di Bumi,” Avery Broderick, seorang fisikawan teoritis di University of Waterloo dan di Perimeter Institute, mengatakan kepada saya. “Dan lubang hitam adalah laboratorium yang ideal.”
Broderick mengatakan bahwa ia mempelajari lubang hitam karena mereka sangat sederhana, secara teoritis dan matematis. Seperti yang dia jelaskan, lubang hitam memiliki massa, muatan listrik, dan momentum sudut (artinya bisa berputar). “Dan itu cukup banyak,” katanya. “Perilaku mereka ekstrem, tetapi aparat adalah sesuatu yang kami pikir kami pahami.” Cara “sederhana” lain untuk memikirkan lubang hitam adalah sebagai jumlah massa yang luar biasa dalam ruang yang relatif kecil. Ini memberikan tarikan gravitasi yang begitu kuat sehingga bahkan cahaya pun tidak bisa menghindarinya. Bayangkan massa Bumi terkondensasi menjadi volume kelereng; Bayangkan satu juta matahari terkondensasi menjadi volume satu matahari — itu akan memberi Anda gambaran tentang lubang hitam. Beberapa lubang hitam dibentuk oleh bintang-bintang yang telah runtuh pada diri mereka sendiri. Lubang hitam lainnya diperkirakan telah terbentuk oleh runtuhnya awan gas yang sangat besar. (Ada teori lain juga.) Untuk melihat “ke dalam” lubang hitam — dari mana tidak ada foton atau gelombang atau sinar yang pernah kembali — membutuhkan kreativitas yang cukup besar. Bagian dalam lubang hitam hanya dapat disimpulkan dari perubahan eksteriornya. Lubang hitam aktif dikelilingi oleh kecerahan intens dan panas miliaran derajat, dilepaskan oleh materi yang jatuh ke arah mereka — pikirkan api asteroid yang masuk — sementara lubang hitam itu sendiri sangat dingin, sebagian kecil dari satu derajat di atas nol mutlak.
Dalam benda-benda sederhana dan aneh inilah, Broderick menjelaskan, “fisika abad kedua puluh rusak.” Tapi apa fisika abad kedua puluh yang dikatakan rusak? Pada dasarnya, ada teori relativitas umum Albert Einstein (yang membuat koreksi kecil tapi jauh jangkauannya terhadap konsep gravitasi Isaac Newton), dan ada mekanika kuantum. “Relativitas umum dianggap sebagai teori yang sangat besar dan masif, dan mekanika kuantum adalah teori yang sangat kecil atau sangat dingin,” kata Broderick. Lubang hitam masif (relativitas umum), dan dingin (mekanika kuantum). Tapi, ketika para ilmuwan mencoba menggunakan teori-teori ini untuk menggambarkan apa yang terjadi di bagian dalam lubang hitam, implikasinya, seperti yang dikatakan astrofisikawan lain, “bencana.” Atau, seperti yang dikatakan Broderick, teori-teori “memberikan jawaban yang sangat berbeda.”
Beberapa istilah ilmiah memiliki karisma lebih dari yang lain. Kucing Schrödinger, materi gelap, model atom “puding prem” — ini lebih menggugah daripada “keadaan eigen,” “bintang neutron,” atau “ribosom.” “Saya telah mencari istilah yang tepat selama berbulan-bulan, merenungkannya di tempat tidur, di bak mandi, di mobil saya, di mana pun saya memiliki saat-saat tenang,” almarhum fisikawan John Wheeler pernah berkata, tentang mencoba menemukan bahasa yang lebih baik untuk apa yang kemudian disebut “objek yang benar-benar runtuh secara gravitasi.” Wheeler, yang juga membaca puisi, suka memimpikan bahasa yang jelas untuk konsep-konsep baru dalam fisika. Kepada Wheeler-lah kita berutang “lubang cacing,” “alam semesta partisipatif,” dan “busa kuantum” —nama-nama yang membawa sesuatu dari semangat apa yang mereka gambarkan.
Pada tahun 1967, Wheeler menghadiri diskusi tentang penemuan astrofisikawan Jocelyn Bell baru-baru ini tentang pulsar — benda langit yang memancarkan radiasi. Diskusi berpusat pada apa yang menyebabkan fenomena aneh ini. Sebuah “objek yang benar-benar runtuh” adalah salah satu penjelasannya. Ketika Wheeler berbicara, dia menggunakan istilah rumit itu beberapa kali sebelum mendapati dirinya hanya mengatakan “lubang hitam.” Nama itu macet. (Itu, bagaimanapun, adalah salah satu cerita asal — istilah itu telah digunakan dalam artikel beberapa tahun sebelumnya, dan juga dikatakan telah diteriakkan sebagai saran kepada Wheeler oleh peserta konferensi.)
Bagi kebanyakan orang, nama itu membangkitkan apa yang oleh astrofisikawan pemenang Hadiah Nobel Saul Perlmutter disebut “aspek Darth Vader” dari lubang hitam: benda-benda itu “mematikan, sunyi, sangat kuat, dan menjulang.” Pemahaman populer tentang lubang hitam, meskipun tidak tepat, memiliki akurasi yang kita kaitkan dengan puisi yang suka dibaca Wheeler. “Tidak hanya menelan apa pun yang datang terlalu dekat tetapi tidak ada yang hidup untuk menceritakan kisah itu. . . ada jejak kaki yang mengarah masuk, dan tidak ada jejak kaki yang mengarah keluar,” kata Perlmutter, menggambarkan bagaimana nonspesialis mungkin memikirkannya. “Jika lubang hitam tidak nyata, saya pikir penulis fiksi ilmiah akan ingin menciptakannya.”
Seratus tahun yang lalu, hampir tidak ada yang percaya bahwa lubang hitam itu nyata, bahkan Einstein, yang menulis persamaan yang memprediksinya. Dia mengatakan bahwa mereka tidak mungkin, kekhasan matematika. Pada tahun 1935, pada pertemuan Royal Astronomical Society, astrofisikawan muda Subrahmanyan Chandrasekhar mempresentasikan karyanya, yang menyarankan, sebaliknya, bahwa apa yang tidak mungkin pada dasarnya adalah bahwa lubang hitam tidak ada. Sir Arthur Eddington, salah satu tetua astronomi yang paling dihormati, telah mengatur ceramah Chandrasekhar dan tahu apa yang akan dia bicarakan — dan dia menjadwalkan dirinya untuk berbicara langsung sesudahnya. Eddington, yang sopan, berpikiran terbuka, dan memberi semangat kepada para ilmuwan muda, menolak gagasan Chandrasekhar sebagai menggelikan, dengan mengatakan, “Harus ada hukum alam untuk mencegah bintang berperilaku dengan cara yang absurd ini!” Sudut pandang Eddington menang; Berbicara tentang keruntuhan bintang menjadi cara yang bagus untuk tidak dianggap serius.
Beberapa dekade berlalu. Kemudian beberapa hal aneh diperhatikan. Para astronom mulai melihat sesuatu di pusat galaksi yang begitu terang sehingga mengalahkan semua bintang lain di galaksi yang disatukan. (Ini adalah energi dari benda-benda yang jatuh ke dalam lubang hitam.) Di tempat lain, sinar kosmik terdeteksi dari bagian langit yang disebut Cygnus X-1, dalam pola yang tampaknya tidak dapat dijelaskan. Pada akhirnya, konsep lubang hitam datang untuk menjelaskan dan menyatukan pengamatan yang membingungkan dan tampaknya berbeda ini. Menyangkal keberadaan lubang hitam menjadi lebih canggung daripada menerimanya. Pada tahun sembilan belas tujuh puluhan, Stephen Hawking telah bertaruh dengan Kip Thorne, seorang rekan fisikawan, tentang apakah sinar X kosmik yang berasal dari Cygnus X-1 benar-benar bisa menjadi hasil dari lubang hitam. Hawking bertaruh Tidak, meskipun dia membuat taruhan untuk mengimbangi hasil yang dia inginkan menjadi kenyataan; Dia telah menghabiskan bertahun-tahun mempelajari lubang hitam. Hanya pada tahun 1990 memiliki cukup bukti yang terakumulasi untuk menyelesaikan taruhan yang menguntungkan Thorne. (Pembayarannya adalah berlangganan Penthouse; jika Hawking menang, dia akan menerima majalah satir Private Eye.)
Dari sana, pengetahuan dipercepat. Tidak hanya lubang hitam yang nyata tetapi lubang raksasa berada di pusat galaksi kita — sebenarnya, di pusat setiap galaksi — sebenarnya, tidak hanya di pusat galaksi tetapi di atasnya, dengan Bima Sakti kita sendiri menampung jutaan orang. Dan tidak hanya ada jumlah lubang hitam yang tak terpikirkan tetapi kadang-kadang mereka bertabrakan, mengirimkan riak kecil gelombang gravitasi ke seluruh alam semesta. Pada tahun 2015, para ilmuwan di LIGO, sebuah observatorium yang konstruksinya telah memakan waktu puluhan tahun untuk bermimpi dan merancang dan merevisi, menjalankan percobaan yang dalam beberapa hari mendeteksi gelombang gravitasi tersebut. Para peneliti menggambarkan apa yang mereka amati, secara menggugah, sebagai riak dalam jalinan ruang-waktu.
Gelombang gravitasi yang dikirim oleh lubang hitam yang bertabrakan membuat suara — atau diterjemahkan menjadi suara — sesuatu seperti bel yang dibunyikan. “Anda bisa tahu apakah saya menggedor meja ini, atau jika saya menggedor lantai,” Will Farr, seorang astrofisikawan, berkata kepada saya di kantornya yang terang di Flatiron Institute, di Manhattan. “Jika saya memiliki alat musik, itu akan terdengar lebih cantik, tetapi Anda juga bisa tahu apakah itu terompet atau trombon atau drum atau klarinet — bahkan ketika mereka membuat nada yang sama.”
Suara yang dibuat ketika Anda memukul suatu benda — atau menarik busur di atasnya, atau meniupkan udara ke buluh yang terhubung dengannya — membawa informasi tentang bentuk, susunan bahan, dan suhu objek. “Anda dapat mengidentifikasi instrumen dengan mendengarkan apa yang kita sebut spektrum — frekuensi berbeda dari mode yang bersemangat ketika Anda memukulnya,” kata Farr. Lubang hitam juga memiliki mode, meskipun mereka memancar dalam gelombang gravitasi, bukan gelombang suara. Jadi jika Anda, katakanlah, menggedor lubang hitam, secara teori, Anda bisa tahu sedikit tentang hal itu. Dua lubang hitam yang bertabrakan pada dasarnya melakukan hentakan yang tidak dapat dilakukan oleh para ilmuwan sendiri — sebuah eksperimen di kosmos.
Farr menggambarkan momen tabrakan antara dua lubang membentuk bentuk seperti “kacang hitam,” yang akhirnya mengendap menjadi satu lubang hitam yang bergabung. “Ringdown” adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan penggabungan akhir dan “suara” — gelombang — yang dipancarkan olehnya. Riak-riak dari ringdown, jika direkam dengan cukup tepat, dapat menceritakan kisah lubang hitam: putarannya, massanya, dan muatannya, dan mungkin informasi tentang cincin gas panas jutaan derajat di luarnya. “Pada dasarnya, saat ini tidak ada cara lain untuk menyelidiki wilayah ruang-waktu ini kecuali dengan gelombang gravitasi,” kata Farr. Gelombang cahaya, gelombang radio, sinar X — tidak satu pun dari cara membaca alam semesta ini memungkinkan para ilmuwan melihat sejauh mungkin ke arah cakrawala lubang hitam. “Itulah salah satu alasan mengapa sangat revolusioner untuk memiliki alat ini.”
Ringdown dapat digunakan oleh para peneliti untuk menguji apakah relativitas umum secara akurat menggambarkan lubang hitam. Jika ya, maka nada dering akan keluar satu arah; Jika tidak, maka mereka tidak akan melakukannya. “Dengan memeriksa penyimpangan secara rinci, nada demi nada, Anda dapat mencoba memahami di mana penyimpangan dari relativitas umum akan datang,” kata Farr.
Ini akan menjadi beberapa saat sebelum publik memiliki “perasaan” untuk gelombang gravitasi, atau bagaimana lubang hitam menyatukan atau tidak menyatukan mekanika kuantum dan relativitas umum. Tetapi ide-ide itu masih menyaring imajinasi publik, betapapun kaburnya. Pada tahun 2020, astrofisikawan Andrea Ghez, dari University of California, Los Angeles, dan seorang rekannya menerima Nobel karena telah melacak jalur objek di dekat pusat galaksi kita dengan cukup rinci untuk menunjukkan bahwa pasti ada lubang hitam supermasif di sana. Pada tahun 2014, melalui proyek gairah yang cerdik dan jarang didanai yang dilakukan oleh ratusan ilmuwan, Event Horizon Telescope (E.H.T.) dirakit, dengan tujuan “memotret” lubang hitam. E.H.T. bukanlah satu teleskop tetapi jaringan awalnya delapan dan sekarang sebelas, tersebar di seluruh planet ini. Bersama-sama, teleskop berfungsi seolah-olah mereka adalah satu teleskop dengan lensa seukuran Bumi. E.H.T. mengumpulkan data tentang lubang hitam yang jauh dan kemudian pada lubang hitam yang lebih dekat di jantung Bima Sakti. Gambar datang melalui dua lubang hitam — atau, lebih tepatnya, cincin benda yang jatuh ke dalam lubang hitam.
Untuk berbagi pekerjaan dengan masyarakat umum, para ilmuwan menerjemahkan data ke dalam gambar menakjubkan yang diterbitkan di seluruh dunia. Karena apa yang “dilihat” teleskop berada pada panjang gelombang di luar spektrum yang terlihat oleh mata manusia, para ilmuwan E.H.T. membuat keputusan tentang, misalnya, warna apa yang digunakan untuk menggambarkan panas ekstrim plasma di sekitar cakrawala peristiwa. (Meskipun api biru lebih panas daripada yang oranye-merah, mereka memilih warna oranye-merah.) Sejumlah ilmuwan yang saya ajak bicara tentang gambar-gambar itu acuh tak acuh, mengatakan bahwa mereka tidak menambah pemahaman mendasar mereka tentang lubang hitam. Sebagian besar lebih terkesan dengan cara kreatif mengumpulkan data daripada dengan gambar itu sendiri. (Sebaliknya, untuk kerumunan tertentu, bentuk gelombang yang muncul ketika LIGO mendeteksi gelombang gravitasi adalah tato yang populer.) Bagi penduduk bumi lainnya, kegelapan itu, dikelilingi oleh cincin apinya yang menyala, memiliki kualitas intim seperti Polaroid — tetapi salah satu alien yang kita sebut alam semesta kita.
Broderick, yang merupakan salah satu fisikawan teoretis pertama yang bergabung dengan E.H.T., mengatakan kepada saya bahwa, bagi para ilmuwan, pepatah “melihat adalah percaya” tidak selalu benar; Para ilmuwan sering harus memutuskan apakah mereka dapat mempercayai apa yang mereka lihat. Dia membingkai E.H.T. sebagai kontribusi dampak sosial dan dampak ilmiah. “Sangat baru untuk mengerjakan sesuatu yang bisa saya ceritakan kepada mertua dan ibu saya,” katanya. Dia menunjukkan bahwa diperkirakan setengah populasi dunia telah melihat gambar lubang hitam pertama: “Saya sebenarnya agak penasaran; Kapan terakhir kali begitu banyak surat kabar memiliki hal yang sama di halaman depan mereka? Kami semua berbagi pengalaman ini bersama-sama, dan ada beberapa hal berharga seperti itu, dan kebanyakan dari mereka negatif.” Dia melihat E.H.T. sebagai kesempatan untuk membuat bagian dari kisah fisika menjadi nyata dan terlihat.
Sebagai seorang anak, Broderick menonton “Star Trek,” “Doctor Who,” dan “apa pun yang penuh petualangan,” katanya, bersama ayahnya, yang akan dia kunjungi di musim panas dan pada hari libur. “Dia akan merekam film dan pertunjukan ini untuk mengantisipasi kedatangan saya, jadi kami akan menonton pesta sebelum itu terjadi,” katanya. Ayahnya lumpuh, dan menikmati fotografi dan film. Broderick mengatakan kepada saya bahwa pandangannya tentang “Star Trek” tidak terkait dengan pekerjaannya sebagai fisikawan teoretis. Dalam setiap episode, katanya, Starfleet melakukan perjalanan ke tempat-tempat baru yang luar biasa, dan melihat sesuatu yang berbeda, dan itulah petualangannya. “Bagian dari apa yang menarik saya ke astrofisika adalah bahwa Starfleet tidak ada. Tapi saya bisa menjelajahi alam semesta dengan teleskop, komputer besar, papan tulis, papan tulis, kapur — dengan apa pun. “
Ditulis oleh Rivka Galchen di Newyorker.com