STUDI FUNDAMENTAL BLACK-HOLE DIALAM SEMESTA Wiwiek Ocvianty Mansi, Muhammad Yusuf *, Citron S. Payu** Jurusan Fisika, Program Studi S1. Pend. Geografi F.MIPA Universitas Negeri Gorontalo Email:
[email protected]
ABSTRAK Tujuan dari penelitian ini yaitu untuk mengetahu pembentukan lubang hitam di alam semesta, dengan mengkaji kembali literature yang telah ada sebelumnya mengenai lubang hitam dengan metode penelitian studi pustaka. Studi pustaka ini dilakukan untuk mengetahui sejauh mana perkembangan yang telah di capai dalam bidang yang diteliti yaitu lubang hitam. Lubang hitam adalah benda yang luar biasa yang memiliki gravitasi yang sangat besar yang dapat memutar ruang-waktu, yang membentuk alam semesta ini. Pembentukan lubang hitam disebabkan oleh runtuhnya gravitasi yang cukup besar dan kehancuran di balik inti supernova yang didasarkan oleh sebuah ledakan yang didorong oleh endapan energy neutrino. Pembentukan dan evolusi lubang hitam yang dipelajari dengan menggunakan skenario evolusi modern untuk bintang yang sangat besar. Lubang hitam memiliki kerapatan sampai-sampai cahaya ditelan gravitasinya, kerapatan lubang hitam adalah 4x1014g/cm3. Kata Kunci : Black Hole (BH),Galaksi I.
PENDAHULUAN
Relativitas umum menjadi paling sukses dalam menjelaskan semesta kecuali dalam kondisi ekstrim kepadatan: big bang dan lubang hitam. Antara lain masalah big bang adalah menghasilkan struktur galaksi besar dengan model sepenuhnya panas dalam millar tahun pertama. Galaksi yang dibangun sama meskipun asalusul mereka menjadi secara fisik juga jauh terpisah untuk berada dalam hubungan kontak sebab akibat. Sintesis panas dari unsur cahaya Hydrogen, helium dan isotop terjadi hanya sekitar 4% dari saat materi awal. Relativitas umum dalam lubang hitam telah menghasilkan tak terbatas kepadatan dan dalam struktur gravitasi. Ini ditunjukkan banyak bukti bahwa ada kehilangan energi pada kepadatan supranuclear. Cahaya dipancarkan akan memiliki spektrum sesuai, struktur galaksi akan menghasilkan awal alam semesta dan kehilangan energi ini kemudian akan dimanifestasikan di galaksi lubang hitam sebagai energi gelap (Rosenberg D, 2012). Menurut Chris (1999), Menyatakan “Kami menyajikan serangkaian intikehancuran dua dimensi supernova simulasi untuk berbagai massa dan fisika 1
masukan yang berbeda. Model ini memprediksi berbagai energy supernova dan sisa massa. Secara khusus, kita mempelajari dua mekanisme untuk pembentukan lubang hitam: meminta runtuh dan tertunda keruntuhan karena mundur. Untukyang besar (> 20
), setelah waktu hidrodinamik untuk inti helium
(beberapa menit sampai beberapa jam), dengan akurasi model saat ini, leluhur lebih besar daripada 40
membentuk lubang hitam langsung dengan ledakan
supernova (jika berputar, lubang hitam ini mungkin leluhur ledakan sinar gamma). Kami menghitung distribusi massa dari lubang hitam yang terbentuk, dan membandingkan prediksi untuk pengamatan, yang mewakili bias subset kecil dari penduduk lubang hitam. Ketidakpastian dalam perkiraan ini dibahas.” Menurut Fred C. Adams (1999) mengemukakan “Beberapa tahun terakhir telah disajikan perkembangan penting dan menarik yang mengenai sifat dari alam semesta. Bukti pengamatan lubang hitam telah melewati ambang batas sehingga lubang hitam sekarang dianggap sebagai "penemuan". Bukti pengamatan ditemukan di tiga pengaturan yang berbeda: tiga juta solar massa lubang hitam di pusat galaksi, supermassive lubang hitam di pusat-pusat galaksi eksternal , dan stellar massa hitam lubang dalam galaksi. Menurut Mitra A (1999) mengatakan bahwa “Konsep lubang hitam adalah salah satu yang penting dalam fisika modern dan astrofisika. Seperti diketahui, konsep dasar lubang hitam benar-benar muncul lebih dari dua ratus tahun yang lalu dalam Gravitasi Newton. General Theory of Relativity (GTR) massa gravitasi kurang dari massa barion M M 0 . Selanjutnya, karena memancarkan radiasi M terus semakin menurun disertai r. Dengan demikian, mengingat awal Mi massa gravitasi, salah satu tidak dapat memprediksi dengan kepastian nilai Mf ketika memiliki 2M f / r 1(G c 1) Nilai M i , M f dan M 0 terkait dengan kombinasi mendasar konstanta, meskipun umumnya diasumsikan Idealnya, memperbaiki nilai
harus
memecahkan
persamaan
itu. Einstein
untuk awal yang diberikan nilai-nilai
analitis dan
untuk untuk
persamaan realistis dan energi transportasi.Namun bahkan ketika salah satu tidak 2
jauh dengan mengasumsikan hal tersebut untuk berperilaku seperti debu Tergantung
padakondisi
awalberbagaiasumsidigunakansalah
0.
satumungkin
berakhirmenemukanlubang hitam. Wilayaheksteriorhorizon peristiwa ( )dapatdijelaskanolehSchwarzschildkoordinatrdant:
ds 2 g tt dt 2 g rr dr 2 g d 2 g d 2
(1)
Dimana : ds²
: Kecepatan Jarak
dt²
: Kecepatan Waktu : Kecepatan Jari-jari : Kecepatan sudut
Dimana
= (
),
=
(
) ,
=
dan
=
. Di sini, kami bekerja dengan dari tanda tangan ruang-waktu + 1, -1, -1, -1 danrmemiliki maknafisik yang berbedasebagairadiuslingkarinvarian. Untuk , garisduniaperasaanjatuhpartikelmateriradialwaktu seperti dan koefisien metrik memiliki tanda tangan kanan, < 0. Tapi
,
meledak dan seperti
tukar tanda tangan mereka meskipun tanda tangan
> 0, ,
< 0,
< 0 dan
dan
tiba-tiba
dan
tetap tidak
berubah. Hal ini ditafsirkan dengan mengatakan bahwa, dalam event horizon, r menjadi "seperti waktu" dan t menjadi "seperti ruang" Namun, kami melihat bahwa sebenarnya r terus mempertahankan, ruangnya seperti karakter dengan terus menjadi "radius lingkar invarian". Juga, perhatikan bahwa jika jumlah fisik terukur seperti komponen kelengkungan rimennian berperilaku seperti
di
luar event horizon, terus berperilaku dengan cara yang sama, dan tidak seperti di dalam event horizon. Kelengkungan komponen tidak dapat dibuat untuk mengambil bentuk
. Salah satu alasan tertentu untuk ini adalah
3
bahwa, kita akan melihat nanti bahwa, dalam event horizon, kita memiliki t = sementara, tentu saja, nilai r tetap terbatas. Dengan demikian itu tidak benarbenar dapat dibenarkan untuk menyimpulkan bahwa r menjadi "koordinat seperti waktu" dalam event horizon meskipun
perubahan tandanya. Sejauh ini, belum
mungkin untuk menyelesaikan teka-teki dualitas dalam perilaku r untuk
,
Karena ds adalah waktu yang tepat, kita juga bisa menulis :
2M ds 2 dt 2 1 r
(2)
Dimana : :Kecepatan Jarak : Kecepatan Waktu
Oleh
M
: Massa
r
: Radius karena
itu,geodesikradialdari
partikelmateridiSchwarzschildmetrikmenjadi,( (
)
dan
ruang
menjadi
) sebagai salah satu bergerak dalam event horizon.” Menurut Mitra A (1999) mengatakan bahwa “Salah satu masalah tertua
dan paling dasar fisika dan astrofisika adalah bahwa keruntuhan gravitasi, dan khususnya akhir dari runtuhan yang cukup besar. Sebagian besar objek astrofisika yang kita tahu, yaitu galaksi, bintang, Bintang Neutron (NS), dalam arti luas, hasil dari keruntuhan gravitasi. Hal ini juga diketahui bahwa konsep penting dari lubang hitam, dalam bentuk primitif, lahir dalam buaian Newtonian gravitasi. Dalam gravitasi Newton, massa dari awan gas runtuh bahkan memancar, dan sama dengan massa baryonik nya
.
Dalam konteksTeoriRelativitasUmumklasik(GTR), diyakini bahwanasib akhiryangcukupbesaradalahruntuhnyakelubang itam. Berbeda dengangravitasi
4
Newton, di sini, massagravitasi daricairanmemancarterusmenurundan karena itutidak
seperti
kasusNewton,
keyakinannyatanilai Mengingat
aktual
seseorang tidak
ketika
bisa
seseorangakan
massagravitasiawal,tiga
memprediksidengan memiliki
kuantitas,
. tidak
terhubungantara mereka sendiridengan caraapapunkonstanta fundamentalatau olehprinsip-prinsipfisik dasar(Mitra A,1999) Menurut Chris L. Fryer (1999) Menyatakan “Untuk memahami pembentukan lubang hitam, salah satu harus terlebih dahulu mengerti mekanisme di balik inti-kehancuran supernova. Paradigma saat ini didasarkan pada sebuah ledakan yang didorong oleh endapan neutrino-energi. Kejutan diproduksi sebagai inti dari sebuah bintang besar runtuh dan memantul. Shock karena pemisahan dan kerugian neutrino tetapi meninggalkan Gradien entropi tidak stabil. Gradien entropi ini memulai lapisan konveksi di tepi shock macet yang tumbuh ke permukaan bintang proto-neutron. Tepi luar lapisan konveksi dibatasi oleh shock akresi sebagai bintang terus runtuh pada dirinya sendiri. Tekanan ram shock diberikan oleh: Pshock
dimana
G
2GM bumi M sun 8RS
adalah
(3)
2
gravitasi
terus-menerus, v ff 2GM bumi / RS , MS,adalah,
masing-masing, Gravitasi, Shock radius, massa matahari dan Massa bumi. Tekanan dalam lapisan konveksi harus mengatasi tekanan ram ini untuk mendorong sebuah ledakan yang sukses. Sebuah lubang hitam
dapat mengubah perputaran baik dengan
pertambahan massa dan momentum sudut terkait, atau dengan memberikan momentum sudut untuk sekitarnya. Jika lubang ini anggota dari sistem biner kedua proses ini dibatasi oleh massa total ditransfer dalam sistem seumur hidup. Pada bagian ini kami perkirakan jumlah ini untuk semua jenis biner lubang hitam. Kita dapat membagi ini ke dalam sistem-tinggi massa, di mana massa bertambah dari angin bintang dari pendamping awal-jenis, dan sistem rendah massa, di mana
5
bintang-akhir jenis mengisi lobus Roche nya. Kami lebih lanjut dapat membagi kelompok terakhir menjadi mereka di mana perpindahan massa didorong oleh ekspansi nuklir atau termal sekunder dan orang-orang di mana mekanisme mengemudi adalah hilangnya momentum sudut (King.A 1999). II.
METODE PENULISAN Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Fisika Teori Jurusan
Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam yang berlangsung sejak bulan April sampai dengan bulan Juni tahun2013 dengan kegiatan meliputi penelusuran literature buku jurnal melalui internet, analisis output, pembahasan hasil penelitian, penyusunan laporan. III.
HASIL DAN PEMBAHASAN Lubang hitam adalah benda-benda yang luar biasa yang memiliki
gravitasi yang sangat besar yang dapat memutar ruang-waktu, yang membentuk alam semesta ini. Efek ini, konsekuensi dari teori relativitas Einstein, seperti umum menyebabkan pembengkokan cahaya itu karena perjalanan melalui ruangwaktu. Lubang hitam memiliki kerapatan sampai-sampai cahaya ditelan gravitasinya, kerapatan lubang hitam adalah 4x1014g/cm3
Gambar 7. Black Hole Menurut Postnov (1999) “Pembentukandan evolusilubang hitam(BH) yangdipelajari dengan menggunakanskenarioevolusimodern untukbintangyang sangatbesar.” Sedangkan Menurut Chris (1999) menyatakan bahwa untuk
6
memahamipembentukanlubang hitam, yang pertamaharusmemahamimekanisme di balikruntuhnyainti-supernova. Pembentukan sebuah lubang hitam di alam semesta adalah dalam ledakan supernova. Artinya lubang hitam merupakan akhir dari kehidupan bintang. Ketika bintang dengan massa lebih dari 25 massa Matahari mengakhiri hidupnya, ia akan meledak dalam ledakan nuklir yang maha dasyat. Bagian terluar terlontar dengan kecepatan tinggi sedangkan bagian inti bintangnya akan mengalami keruntuhan menjadi sebuah obyek yang sangat mampat. Inti yang mampat ini kemudian bisa membentuk bintang yang kaya akan netron dan disebut sebagai bintang netron. Tapi jika massa inti bintang yang mengalami keruntuhan itu lebih dari 3 massa Matahari, maka gravitasi dari inti bintang yang mengalami keruntuhan itu akan terus memberi tekanan hingga obyek itu semakin mampat dan medan gravitasi di permukaannya semakin kuat dan akhirnya ia pun menjadi lubang hitam. Jika proses ini selesai, lubang hitam yang terbentuk akan memiliki massa beberapa kali massa Matahari. Dan obyek yang terbentuk inilah yang sering dijumpai di alam semesta dan dikenal sebagai lubang hitam bermassa bintang. Pembentukandan evolusilubang hitambiner(BH) yangdipelajari dengan menggunakanskenarioevolusimodern untukbintangyang sangatbesar. Bintangderet utamadenganmassa
diasumsikanuntuk
membentuklubang
hitamdi
akhirevolusinuklir mereka. Massalubang hitam terbentukoleh parametersebagai berikut M bh K bh xM SN di mana M SN adalahmassa bintangpra-supernova yang diambil dariperhitunganevolusi,
≤ 1. Kemungkinan ini di eksplorasi bahwa
lubang hitam yang baru terbentuk memperoleh kecepatan0-250km/s. Binary lubang hitam di temukan untuk bergabungdalam waktu Hubble pada tingkat yang cukup hanya untuk nol kecepatan. Kami menghitung tingkat penggabungan galaksi dari biner sistem BH, tingkat detek simerekaolehlaser interferometerawal, dan distribusi dari penggabungan biner lubang hitam lebih eksentrik orbit pada frekuensi yang berbeda. Pembagian sudut antara berputa rlubang hitam dan momentum sudut orbital juga disajikan (Postnov, 1999).
7
Pada
tahap
perkiraanoleh lubang
initampaknyadibenarkanterhadap
duaparameter,
pembentukanlubang
massaawalbintangutama-urutan
hitamdiakhirevolusinya,
,
meninggalkan
danfraksimassapra-supernova
yang
datangkelubang hitam k bh M bh / M SN (Postnov, 1999). IV.
KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan di atas maka dapat disimpulkan sebagai berikut 1) Lubang hitam (black-hole) dibatasi oleh event horizon dimana segala peristiwa yang terjadi didalam event horizon tidak dapat diamati dari luar. 2) Lubang hitam memiliki kerapatan sampai-sampai cahaya ditelan gravitasinya, kerapatan lubang hitam adalah 4x1014g/cm3. 3) Pembentukanlubang hitam, harusmemahamimekanisme di balikruntuhnyaintisupernova. Pshock
2GM bumi M sun 8RS
2
p shock 9,992 Kg m2/s-1
DAFTAR PUSTAKA Adam C. Fred, Mbonye Manasse, 1999. Possible Effects Of A Cosmological Constant On Black Hole Evolution, Arxiv:AstroPh/9902118v1 8 Feb 1999 Anugroho,Rinto, 2005. Pengantar teori Relativitas dan Kosmologi Davies, R,L .,2006. Elliptical Galaxies. 8
Fryer, Chris L, 1999. Mass Limits For Black Hole Formation, arXiv: astroph/9902315v2 30 mar 1999 King R.A, Kolb U. The evolution of black–hole mass and angular momentum, arXiv:astro-ph/9901296v1 21 Jan 1999 Mitra, A , 1999. Kruskal Coordinates and Mass of Schwarzschild Black Hole, arXiv: astro-ph/9904162v3 15 Apr 1999 Mitra, A, 1999. The Mass of the Oppenheimer-Snyder Black Hole, arXiv:astro-ph/9904163v3 15 Apr 1999 Postnov K.A, Prokhorov. M.E. 1999, Binary Black Hole Formation And Mergings, arXiv:astro-ph/9903193v1 12 Mar 1999 Rosenberg.D, 2012. Galaxy Formation with Dark Matter and Dark Energy, arXiv:astro-ph/9904320v2 12 Juni 2012 Verley at al.2007. The AMIGA sample of isolated galaxies. Astronomy & Astrophysis A&A 462, 507-523 (2007) DOI: 10.1051/00046361:20066144c_ESO 2007
9
