Black Holes, Wormholes And Time Machines - Jim Al-Khalili [#9]

RUANG > BAB 2 - MENGENAI GRAFITASI

Memasak unsur-unsur

Segala sesuatu di sekeliling kita tersusun dari atom-atom. Mereka tentu saja ada sembilan puluh dua macam, disebut unsur. Mereka meliputi mulai dari gas-gas teringan, mirip hidrogen dan helium, lalu karbon, oksigen, nitrogen, dan unsur-unsur berat mirip aluminium, nikel, besi, emas, hingga bocah besar semacam timah dan uranium. Pernahkan Anda bertanya-tanya bagaimana atom-atom berlainan ini hingga terbentuk? Proses itu dikenal sebagai nukleosintesis—coba ucapkan tiga kali dengan cepat. Kurang dari semenit sehabis kelahiran Alam semesta, kondisinya sedemikian rupa sehingga dua unsur teringan tadi sanggup disintesiskan dan sehabis itu Alam Semesta mengandung kira-kira 75% hidrogen dan 25% helium, dengan bumbu beberapa unsur berikutnya dalam tabel periodik, mirip litium dan berilium. Ramuan ini ialah materi mentah bintang-bintang. Saat awan-awan gas antarbintang ini terbentuk, mereka mulai menyusut tanggapan imbas tarikan gravitasi mereka sendiri. Begitu memadat, gas memanas dan lambat-laun sebuah bintang baru-lahir terbentuk di pusatnya. Ketika temperatur ini mencapai beberapa juta derajat yang menghanguskan, kondisi menjadi cukup panas untuk menyalanya bintang.

Bintang-bintang bersinar berkat proses fusi termonuklir. Ini berlangsung ketika nukleus dua atom hidrogen berfusi membentuk nukleus sebuah atom helium, melepaskan energi besar dalam prosesnya. Ilmuwan telah mencoba, sejauh ini tak berhasil, untuk meniru-niru proses ini di Bumi secara terkendali guna menghasilkan pasokan energi tak terbatas dan higienis (dalam arti tidak bersifat radioaktif). Persoalannya adalah, tentu saja, kita tidak sanggup mencegah plasma-plasma bertemperatur amat tinggi dalam panggangan fusi milik kita meloloskan diri. Bintang, di sisi lain, terus terbakar dan bersinar cerlang sepanjang reaksi fusi berlangsung di potongan dalamnya lantaran gravitasinya menjaga kesatuannya. Pada waktu yang sama, proses ini menyediakan outward pressure yang menahan inward pressure gravitasi bintang yang meremukkan.

Itu berlangsung di potongan dalam Matahari selama lima miliar tahun ini semenjak terlahir (bersama dengan sembilan planetnya) dari awan gas dan debu. Matahari akan terus bersinar bangga mirip ini untuk lima milar tahun lagi. Kaprikornus dikala ini ia sudah kira-kira separuh jalan hidupnya. Sepanjang-panjangnya umur bintang, ini rentang hidup yang luar biasa panjang, yang untuk itu ia memiliki massa kecil untuk disyukuri. Semakin masif sebuah bintang, semakin berpengaruh tekanan gravitasinya, sehingga semakin padat dan panas interiornya, dan semakin cepat ia mengkremasi materi bakar nuklirnya. Bintang-bintang terbesar, sejuta kali massa Matahari, akan hidup selama beberapa juta tahun saja.

Lima miliar tahun dari kini Matahari akan mulai kehabisan materi bakar hidrogennya dan perlahan-lahan memasuki fase gres hidupnya. Ia akan menjadi sesuatu yang disebut bintang raksasa merah. Begitu menghabiskan semua hidrogen di intinya, ia akan mulai kolaps tanggapan bobotnya sendiri dan semua materi di inti akan jadi termampatkan sehingga memanas lagi. Pada titik ini, dua hal amat berlainan terjadi. Pertama, panas di inti sedemikian tingginya sehingga atom-atom helium kini terdorong menyatu untuk menghasilkan unsur-unsur yang lebih berat. Pada waktu yang sama, lapisan luar Matahari mengembang dan membengkak sedemikian besar sehingga planet yang terdekat dengannya, Merkurius, akan tertelan. Matahari kini akan berkali lipat lebih cerlang daripada sebelumnya, dan akan memenuhi separuh langit yang terlihat dari Bumi. Sayangnya, kita takkan sanggup menyaksikan insiden ini lantaran permukaan Matahari akan begitu bersahabat sehingga menguapkan Bumi. Bagaimanapun juga, seandainya insan masih ada lima miliar tahun mendatang, mereka akan, semoga, telah usang menemukan rumah gres semenjak masa itu.

Setelah semiliar tahun selanjutnya, Matahari akan memasuki fase simpulan hidupnya dengan menumpahkan sebagian kecil kandungannya ke angkasa. Ini membentuk cakram gas agak manis yang disebut nebula planeter, yang di jantungnya inti sekarat Matahari akan bertengger: bintang kerdil putih. Objek demikian terbentuk ketika sebagian besar massa Matahari telah kolaps pada dirinya sendiri tanggapan gravitasinya dikala proses-proses fusi termonuklir kesannya berhenti. Ia akan terdiri dari utamanya kristal karbon dan oksigen dan akan mirip berlian lingkaran masif seukuran Bumi. Lambat-laun, kerdil putih ini akan menyejuk dan menjadi semakin redup dan semakin hambar hingga kesannya mati total. Objek semacam itu amat padat, yang seukuran kacang polong saja berbobot sekitar satu ton.

Jadi, Matahari kita akan mengakhiri hari-harinya secara agak biasa-biasa saja, bahkan memalukan, jikalau dibandingkan dengan banyak bintang lebih besar yang sanggup mengadakan pertunjukan kembang api mengesankan.

Sampanye supernova di langit

Tidak semua bintang mengakhiri hidup mereka sebagai kerdil putih. Nyatanya, jikalau sebuah bintang melebihi beberapa kali lipat massa Matahari, ia ditakdirkan menghadapi maut yang jauh lebih spektakuler. Sekali proses nuklir di dalamnya berhenti, massa tambahannya mengindikasikan ia akan mengerahkan tekanan gravitasi terhadap intinya. Ini menyebabkan inti menjadi begitu padat dan panas sehingga mengirimkan gelombang kejut materi kembali keluar menembus bintang dan membuatnya meledak sebagai supernova. Ia secara singkat akan menjadi objek paling spektakuler di seluruh galaksi. Selama beberapa hari ia akan bersinar ratusan juta kali lebih cerlang; lebih cerlang daripada adonan semua bintang lain di galaksi.

Satu atribut bintang yang belum saya sebutkan ialah bahwa sebagian besar mereka berpasangan, disebut sistem biner, di mana dua bintang mengorbit satu sama lain. Nyatanya, bintang-bintang tunggal yang terisolasi mirip Matahari ialah minoritas.

Skenario bintang masif tunggal yang meledak di atas dikenal sebagai supernova tipe II. Mereka memiliki derajat kecerlangan majemuk dan tidak tergantung pada apakah bintang tersebut potongan sistem biner atau bukan. Ada cara lebih umum sebuah bintang sanggup mengalami supernova. Itu dikenal sebagai tipe I, dan terjadi pada sistem biner. Sekalipun sebuah bintang mulanya tidak cukup masif dan berakhir sebagai kerdil putih, ia mungkin masih sanggup mengisap material dari bintang rekannya dan bertambah berat. Kaprikornus ia sanggup memperoleh massa kritis dengan cara ini.

Salah satu supernova paling populer dalam tahun-tahun belakangan terlihat pada 1987. Semua bintang yang kita lihat di langit malam berada di Galaksi Bima Sakti kita. Galaksi-galaksi lain begitu jauh sehingga kita tak sanggup melihat bintang-bintang individual. Bintang yang meledak pada 1987 bukan berada di galaksi kita melainkan di galaksi tetangga yang dikenal sebagai Awan Magellan Besar. Pada level tercerlangnya, ia sanggup dilihat dengan terperinci di langit malam.

Di sentra banyak bekas supernova terdapat inti padat kecil, sisa bintang asli. Objek ini memiliki diameter yang sama dengan sebuah kota besar mirip London atau New York, jadi jauh lebih kecil daripada bintang kerdil putih. Karenanya ia jauh lebih padat, lantaran masih mengandung sebagian kecil signifikan material bintang orisinil yang meledak. Sekeping kecil inti padat seukuran kacang polong ini akan berbobot, di Bumi, sebesar Gunung Everest! Objek demikian disebut bintang neutron, dan merupakan salah satu objek paling mempesona dalam astrofisika. Nyatanya, bintang neutron ialah subjek banyak acara riset mutakhir. Anda mungkin pernah menjumpai istilah ‘pulsar’. Semua bintang neutron berputar sangat cepat dan meniup sesorot radiasi ke angkasa sambil berbuat demikian. Jika Bumi kebetulan berada di jalur sorot meluas ini, bintang neutron tersebut bagi kita akan terlihat seolah cahayanya berdenyut hidup dan mati, dan karenanya dinamakan pulsar. Beberapa pulsar berputar berkali-kali per detik dan saya akan kembali membahasnya nanti dalam buku ini ketika saya mempertimbangkan kemungkinan memanfaatkan mereka untuk menciptakan mesin waktu.

Terlepas dari semua objek astronomis yang terdengar eksotis ini, kita masih harus menemui black hole. Mari kita pikirkan apa yang terjadi ketika sebuah bintang yang lebih besar lagi, katakanlah dua puluh atau tiga puluh kali massa Matahari, berhenti bersinar. Bintang semacam itu tidak akan sanggup melawan kekolapsan gravitasinya sendiri. Ia akan terus kolaps dan teremas hingga densitas sedemikian tinggi sampai-sampai cahayanya sendiri tidak sanggup meloloskan diri dari tarikan gravitasinya. Bagi seseorang yang menyaksikan dari jauh, bintang tersebut akan tiba-tiba lenyap dari pandangan. Ia telah menjadi black hole.

Tapi kisah ini lebih daripada itu dan saya akan kembali membahas black hole di Bab 4. Di potongan berikutnya kita akan menerapkan beberapa wangsit lengkungan dan peregangan ruang untuk memandang Alam Semesta secara keseluruhan. Banyak yang sudah kita pelajari wacana Alam Semesta gres diketahui sehabis bertahun-tahun pengukuran dan observasi astronomi. Beberapa wangsit teoritis masih harus dikonfirmasikan sedangkan yang lainnya tetap sangat spekulatif. Satu hal yang pasti: masih banyak pertanyaan tak terjawab. Dalam beberapa halaman berikutnya saya akan mengulas beberapa wangsit teranyar mengenai awal mula, bentuk, ukuran, dan takdir Alam Semesta kita.