Lubang Hitam

“Sebuah benda yang kerapatannya sangat tinggi sehingga dapat memerangkap cahaya selama – lamanya”

Sifat gravitasi cahaya

Bila frekuensi yang bersangkutan dengan foton yang bergerak ke arah bumi bertambah, maka frekuensi foton yang bergerak menjauhi bumi harus berkurang.

Efek Foton pada Permukaan Bintang

Medan gravitasi bumi tidak kuat, tetapi medan gravitasi banyak bintang sangat kuat. Misal

sebuah foton yang frekuensi awalnya 𝑣 dipancarkan oleh sebuah bintang bermassa 𝑀 dan

jari – jari 𝑅.

Energi potensial sebuah massa m pada permukaan bintang adalah

Dimana tanda minus diperlukan karena gaya antara 𝑀 dan 𝑚 saling tarik – menarik.

Energi potensial foton ber-”massa” pada permukaan bintang adalah

Dan energi totalnya 𝐸, jumlah 𝑉 dan energi kuantum ℎ𝑣,adalah

Energi Foton Menjauh dari Bintang

Pada jarak yang cukup jauh dari bintang, misalnya di bumi, foton itu di luar jangkauan medan gravitasi bintang, tetapi energi totalnya tetap. Energi foton itu sekarang seluruhnya dalam

benntuk elelktromagnetik, dan 𝐸=ℎ𝑣′

Gambar

dengan 𝑣′ menyatakan frekuensi elektron datang.(Energi potensial foton dalam medan gravitasi bumi dapat diabaikan dibandingkan dengan dalam medan gravitasi bintang). Jadi

Dan perubahan frekuensi rellatif adalah

Pergeseran Merah Gravitasional

Foton berfrekuensi lebih rendah di bumi, bersesuaian dengan kehilangan energinya ketika foton itu meninggalkan bintang. Pergeseran merah gravitasional adalah foton pada dearah cahaya tampak dari suatu spektrum akan tergeser ke arah ujung merah. Pergeseran merah dopler yang teramati pada spektrum galaksi jauh yang disebabkan gerak menjauhi bumi yang timbul karena pengembangan alam semesta.

Bintang Kerdil Putih

Untuk sebagian besar bintang, termasuk matahari , rasio 𝑀/𝑅 terlalu kecil untuk terlihatnya pergeseran merah gravitasional, tetapi ada sekelompok bintang yang dikenal sebagai sebagai kerdil putih yang terdapat pada batas pengukuran yang telah diamati. Kerdil putih ialah bintang tua yang terdiri dari atom yang struktur elektronnya telah ambruk sehingga bintang itu menjadi sangat kecil, pada umumnya ukuran kerdil putih ini sama dengan ukuran bumi tetapi besar massanya hampir sama dengan matahari.

Cahaya Tidak Dapat Meninggalkan Lubang Hitam

Apakah yang terjadi bila bintang itu begitu rapat sehingga ?

Tidak ada foton yang yang dapat meninggalkan bintang itu, karena untuk meninggalnya

memerlukan lebih banyak energi daripada energi awal ℎ𝑣. Akibatnya, pergeseran merah menghamburkan panjang gelombang foton ke takberhingga. Bintang sejenis ini tidak dapat memancarkan dan tak tampak, suatu lubang hitam dalam ruang.

Jari – jari Schwarzschild

Dalam keadaan energi gravitasional sebanding dengan energi total, seperti untuk foton dalam lubang hitam, relaivitas umum harus diterapkan secara rinci. Syarat yang benar supaya

sebuah bintang menjadi lubang hitam ternyata . Jari – jari Schwarzschild 𝑅𝑠 untuk

benda bermassa 𝑀 didefinisikan sebagai berikut:

Benda menjadi lubang hitam jika semua massa berada dalam bola dengan jari –jari tersebut.

Kelajuan untuk lepas dari lubang hitam sama dengan kelajuan 𝑐 pada jari – jari Schwarzschild, jadi tidak ada yang dapat meninggalkan lubang hitam. Permukaan dilihat dari

permukaan jari - jari 𝑅𝑠 yang mengelilingi lubang hitam disebut peristiwa horison (event horizon), karena tidak akan pernah terjadi bola tadi dapat terlihat oleh pengamat luar.

Bagaimana Mendeteksi Lubang Hitam

Sebuah lubang hitam yang merupakan anggota dari sistem bintang ganda akan memanifestasikan kehadirannya melalui efek gravitasional pada anggota lainnya. Medan gravitasional yang sangat kuat dari suatu lubang hitam akan menarik benda – benda yang terdapat dalam muatan sekelilingnya akan terisap serta terkompresi dan menjadi panas sehingga temperaturnya sangat tinggi dan banyak terpancar sinar x. suatu benda tak tampampak yang banyak astronomiwan mempercayainya sebagai lubang hitam dikenal dengan nama Cygnus X-1 ; massanya sekitar 8 kali massa matahari, dan jari – jarinya diperkirakan hanya 10 kilometer. Daerah pancaran sinar x lubang hitam itu meluas sampai sekitar beberapa ratus kilometer.