Lubang Hitam: Nasib Akhir Bintang Massif

11 April 2019 untuk pertama kalinya lubang hitam berhasil dipotret, setelah sekian lama diburu. Publik penasaran, apa itu lubang hitam, dan apa pula keistimewaannya sehingga pemotretannya pun dianggap prestasi bersejarah di dunia ilmu pengetahuan. Penjelasannya tidak semudah yang diceritakan di media massa, Ferguso. Di sini coba dijelaskan sepopuler mungkin, dengan menyederhanakan kompleksitas yang terjadi. Kalau mau lengkap, sila baca texbook tentang “evolution of massive stars”.

Citra Asli Pertama Kali Lubang Hitam (Black Hole) [1]

Lubang hitam adalah fase atau produk terakhir dari evolusi bintang bermassa sangat besar (>20 massa Matahari). Bintang bermassa kecil-sedang (<8 massa Matahari) akan berakhir sebagai bintang katai putih, sedangkan bintang bermassa besar (8-20 massa Matahari) berakhir sebagai bintang netron. Nah, sebelum itu, kita perlu melacak ke belakang ketika bintang berada dalam fase deret utama, yakni fase paling panjang yang dialami dalam kehidupan bintang.

Dalam fase deret utama ini, bintang mengalami reaksi fusi hidrogen menjadi helium, yang berlangsung di bagian inti bintang yang bersuhu puluhan juta Celcius. Selama di tahap deret utama bintang mengalami periode kestabilan yang panjang. Kenapa? Karena terjadi keseimbangan antara energi internal yang mengarah ke luar (outward) dan tekanan gravitasi yang mengarah ke dalam (inward). Bayangkan saja skenario kontestasi ini: kalau yang menang gravitasi (inward), bintang akan mengerut alias bahkan runtuh. Kalau yang menang energi internal (outward), bintang akan mengembang atau melontarkan massanya.

Selama pembakaran hidrogen (istilah populer dari reaksi fusi hidrogen) terjadi, massa bintang tentu akan berkurang (dalam reaksi fusi memang ada massa yang hilang dan diubah menjadi energi, sesuai rumus Einstein E = mc^2). Pengurangan massa ini akan membuat bintang mengerut karena meningkatnya tekanan gravitasi (inward). Pengerutan ini akan menaikkan temperatur dan tekanan di inti sehingga laju pembakaran di inti akan naik. Karena suhu di inti naik, maka suhu di selubung juga akan ikut naik. Suatu saat suhu di selubung cukup tinggi untuk melakukan pembakaran hidrogen juga. Di inti lambat laun bahan bakar hidrogen habis dan menyisakan timbunan helium, sedangkan di selubung terjadi pembakaran hidrogen.

Suatu saat karena bintang terus menyusut dan tekanan terus meningkat, suhu di inti mencapai miliaran derajat Celcius sehingga cukup tinggi untuk membakar helium. Kini terjadi dua proses pembakaran sekaligus: pembakaran helium di inti, dan pembakaran hidrogen di selubung.

Proses yang demikian terjadi pada pembentukan elemen2 berikutnya di selubung2 yang makin mengarah keluar (outward), yakni fusi helium menjadi karbon, fusi karbon menjadi neon, fusi neon menjadi oksigen, fusi oksigen menjadi silikon, dan terakhir fusi silikon menjadi besi. Jadi, terbentuk struktur semacam kulit bawang: di kulit terluar terjadi pembakaran hidrogen dan di inti terjadi pembakaran besi.

“Bom waktu” terjadi ketika di inti mulai terjadi pembakaran besi. Kenapa? Karena pembakaran karbon tidak menghasilkan energ sebagaimana fusi elemen2 lainnya, tetapi malah memerlukan energi. Akibatnya, karena praktis tidak ada lagi pembakaran bahan bakar yang menghasilkan energi internal (outward), maka gravitasi (inward) tidak ada lagi yang mengimbangi. Maka, bintang mengalami keruntuhan total secara mendadak: bintang mengerut dengan kerapatan luar biasa besar. Terbentuklah lubang hitam. Pengerutan mendadak tersebut menimbulkan gelombang kejut yang sanggup melontarkan selubung bintang dengan sangat dahsyat, dalam suatu peristiwa ledakan yang disebut supernova.

Referensi:
[1]https://www.eso.org/public/images/eso1907a/

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Citra Matahari Terkini

Latest image from Helioviewer.org.