LUBANG HITAM YANG MENELAN CAHAYANYA SENDIRI

Cakrawala peristiwa (event horizon) adalah yang menjadikan lubang hitam sebagai lubang hitam: batas yang di baliknya tidak ada apa pun, bahkan cahaya, yang bisa kembali. Menurut definisinya, ia tidak mengirimkan sinyal apa pun kepada kita. Event Horizon Telescope telah memotret bayangan lubang hitam raksasa di galaksi M87 dan Sagittarius A* — bukti tidak langsung adanya cakrawala. Namun, cakrawala lubang hitam yang lahir dari bintang hanya selebar puluhan kilometer, terlalu kecil untuk dipotret.

Argumen pendamping yang redup

Para astronom punya petunjuk lain. Pada pasangan di mana bintang mati menyedot gas dari pendampingnya, sistem lubang hitam yang tenang biasanya sekitar seratus kali lebih redup daripada sistem bintang neutron dengan orbit serupa. Penjelasannya: gas yang jatuh menghantam permukaan bintang neutron dan berpijar, sementara lubang hitam menelan energinya.

Titik lemahnya adalah sebuah asumsi. Argumen itu menganggap orbit yang serupa berarti laju makan yang serupa. Untuk orbit lebih dari 80 menit, pendampingnya bisa berupa katai cokelat, bintang biasa, atau raksasa, dan beberapa efek dapat mendorong aliran gas. Laju makan yang sebenarnya tidak diketahui.

Pasangan yang mengorbit dalam hitungan menit

Qian-Qi Ma, Wei-Min Gu, dan Mouyuan Sun dari Universitas Xiamen, bersama Shan-Shan Weng dari Universitas Normal Nanjing, beralih ke biner sinar-X ultrakompak. Ketika orbit berlangsung kurang dari 40 menit, kedua benda begitu dekat sehingga pendampingnya hanya mungkin berupa katai putih. Dan orbitnya menyusut terutama karena memancarkan gelombang gravitasi.

Hal ini menjadikan sistem-sistem tersebut laboratorium yang bersih. Laju makan kemudian hanya bergantung pada teori gravitasi dan pada hubungan antara ukuran katai putih dengan massanya. Laju itu dapat dihitung hanya dari periode orbit, dengan beberapa massa yang diasumsikan: 1,4 hingga 2 kali massa Matahari untuk bintang neutron, 3 hingga 20 untuk lubang hitam.

Tim memilih lima sistem semacam itu, semuanya berada di gugus bola, gumpalan padat bintang-bintang tua yang jaraknya diketahui dengan ketelitian 2%:

• empat berisi bintang neutron, yang dikenali dari ledakan sinar-X termonuklirnya;
• satu, 47 Tuc X-9, berisi lubang hitam, yang dikenali dari cara emisi radio dan sinar-X-nya berubah bersamaan. Orbitnya berlangsung sekitar 28 menit.

Mereka lalu membandingkan rata-rata keluaran sinar-X tiap sistem, yang diambil dari Chandra, Swift, dan observatorium lain, dengan laju makan hasil perhitungan.

Seribu kali lebih redup

Hasilnya adalah efisiensi radiatif: bagian energi dari massa yang jatuh yang keluar sebagai sinar-X.

• Untuk keempat bintang neutron, nilainya di atas 5%.
• Untuk lubang hitam, nilainya di bawah 0,03%.

Selisihnya dua hingga tiga orde besaran. Pasangan yang paling mencolok: sistem bintang neutron M15 X-2 dan lubang hitam 47 Tuc X-9 diberi makan dengan laju serupa, sekitar 10¹⁶ gram per detik, tetapi 47 Tuc X-9 seribu kali lebih redup. Bahkan dengan memperhitungkan ketidakpastian hingga faktor sepuluh pada kecerahan beberapa sumber, kedua kelompok tetap terpisah.

Ke mana perginya energi

Para penulis menjelaskannya dengan apa yang ada di dasar. Bintang neutron memiliki permukaan keras: walaupun gas panas yang mengalir masuk kurang memancarkan radiasi dalam perjalanannya, energinya akhirnya tersimpan di permukaan itu dan dipancarkan kembali. Lubang hitam tidak memiliki permukaan. Pada laju makan yang rendah, sebagian besar energi gas terbawa masuk sebagai panas — dan lenyap di balik cakrawala.

Bagi para penulis, ini adalah bukti kuat adanya cakrawala lubang hitam bintang, meski tidak langsung, seperti yang dinyatakan dalam ringkasan mereka sendiri. Bukti ini bertumpu pada satu lubang hitam. Mereka mengajukan prediksi yang dapat diuji: setiap bintang neutron baru yang ditemukan dalam pasangan serapat itu seharusnya masuk kelompok terang, dan setiap lubang hitam dengan orbit serupa seharusnya seredup 47 Tuc X-9.

Pelajaran bagi lubang hitam raksasa

Studi ini membawa peringatan yang lebih luas. Untuk lubang hitam, kecerahan adalah ukuran yang buruk untuk seberapa banyak mereka makan. Lubang hitam bisa tumbuh sambil tetap redup. Menurut para penulis, survei yang menyimpulkan pertumbuhan lubang hitam supermasif dari cahayanya bisa melewatkan sebagian pertumbuhan itu.