Letusan Besar Gunung Sinabung 19 Februari 2018

Letusan Gunung Sinabung adalah rutinitas yang telah dijalani Indonesia dalam lima tahun terakhir, tepatnya semenjak 2013 TU (Tarikh Umum). Ini adalah bagian dari episode Letusan Sinabung 2013. Itu adalah letusan magmatis berkepanjangan yang masih terus berlangsung hingga kini. Letusan-letusan itu umumnya berskala kecil, diawali dengan magma segar menumpuk di puncak. Kubah lava pun terbentuk dan kian lama menggemuk. Kubah lava akhirnya longsor menjadi awan panas guguran yang meluncur ke lereng sektor tertentu. Demikian hal ini berlangsung berulang-ulang dan dalam salah satu letusannya sempat merenggut korban.

Gambar 1. Saat-saat rempah letusan dalam kolom letusan besar Sinabung membumbung tinggi mendaki ke langit. Nampak jelas adanya awan Wilson, produk kondensasi uap air di udara akibat penurunan tekanan setempat seiring melintasnya kolom letusan. Diabadikan dari lokasi SPBU Jalan Jamin Ginting kota Kabanjahe, 14 kilometer dari Gunung Sinabung. Sumber: Anonim, 2018 dalam Sutopo Purwo Nugroho, 2018.

Namun tidak demikian pada kejadian Senin pagi 19 Februari 2018 TU. Sinabung lagi-lagi meletus, akan tetapi kali ini bukan letusan biasa. Pada pukul 08:53 WIB Sinabung mendadak meraung. Dari puncaknya rempah letusan nan pekat tersembur hebat pada tekanan cukup tinggi, menghasilkan pemandangan mirip kepalan tangan raksasa yang membumbung tinggi seakan hendak meninju langit. Bersamanya terdengar pula suara gemuruh berkepanjangan yang menakutkan. Panorama menggidikkan ini mengandung hampir semua ciri khas yang hanya terjadi dalam letusan-letusan besar.

Pusat Vulkanologi dan Mitigasi Bencana Geologi (PVMBG) mencatat Gunung Sinabung saat itu menyemburkan kolom letusannya hingga setinggi 5.000 meter di atas puncak, atau hingga 7.500 meter dpl (dari paras air laut rata-rata). Ketinggian tersebut adalah sebelum kolom letusan mulai terpecah dan tersebar mengikuti arah angin. Dalam letusan-letusan sebelumnya, Gunung Sinabung tak pernah disertai suara gemuruh.

Gambar 2. Salah satu potret ikonis dalam peristiwa letusan besar Sinabung 19 Februari 2018. Gunung Sinabung di latar belakang sedang mementaskan drama babak utama dengan mulai runtuhnya kolom letusan ke lereng hingga menjadi awan panas letusan. Di latar depan nampak kepanikan siswa-siswi sebuah sekolah dasar di kaki gunung, di luar zona merah. Sumber: Anonim, 2018 dalam Sutopo Purwo Nugroho, 2018.

Fenomena lain yang juga tak pernah terjadi sebelumnya adalah terbentuknya awan panas letusan (APL). Saat sebagian kolom letusan mulai berjatuhan kembali ke paras Bumi seiring gravitasi, mereka menuruni lereng Gunung Sinabung sektor selatan dan timur sebagai awan panas letusan. Ke arah selatan-tenggara, awan panas letusan ini meluncur hingga sejauh 4.900 meter dalam arah mendatar dari puncak. Sementara ke arah ke arah timur-tenggara, awan panas letusan menyambar hingga sejauh 3.500 meter dari puncak, juga dalam arah mendatar.

Selain awan panas, hujan debu vulkanik pekat dan pasir mengguyur kawasan kaki Gunung Sinabung, menyelimuti sedikitnya tujuh desa di Kabupaten Karo. Selama hampir 2 jam pasca letusan, guyuran debu vulkanik menyebabkan jarak pandang di desa-desa tersebut hanya sebatas 5 hingga 7 meter saja. Suasana pun berubah gulita layaknya malam. Luncuran awan panas dalam skala yang belum pernah terjadi sebelumnya dan hujan debu yang membuat gelap gulita sontak mengagetkan penduduk di sekitar kaki Gunung Sinabung khususnya yang berdekatan dengan zona merah. Kepanikan besar yang belum pernah dialami sebelumnya pun sempat terjadi. Untungnya tak ada korban yang berjatuhan, baik korban luka-luka apalagi korban jiwa.

Sementara itu sisa kolom letusan yang ringan seperti debu vulkanik terus membumbung dan kemudian menyebar ke arah baratlaut-utara dibawah pengarih hembusan angin regional. Debu vulkanik menyebar hingga ke wilayah propinsi Aceh, situasi yang juga belum pernah terjadi sebelumnya. Melimpahnya jumlah debu vulkanik di udara memaksa dibatasinya lalu lintas penerbangan yang lewat di ruang udara sekitar Gunung Sinabung. Sektor barat laut dan sektor utara dari Gunung Sinabung sempat dinyatakan terlarang untuk dilintasi pesawat terbang dalam beberapa jam. Untungnya lalu lintas pesawat terbang di kedua sektor tersebut relatif lengang, tak sepadat sektor timur. Sehingga letusan Sinabung itu tak berdampak pada penutupan bandara Kuala Namu di dekat Medan.

Gambar 3. Zona larangan lalu lintas penerbangan seiring letusan besar Sinabung 19 Februari 2018 seperti dikeluarkan oleh VAAC Darwin. Warna hitam berlaku mulai pukul 16 WIB, warna hijau mulai pukul 22:00 WIB, warna jingga mulai hari berikutnya pukul 04:00 WIB dan warna merah juga mulai hari berikutnya pukul 10:00 WIB. nampak lalu lintas penerbangan di sekitar Gunung Sinabung berdasarkan data FlightRadar24. Sumber: FlightRadar24.com, 2018.

Berubah Sifat?

Tak ada keraguan, hari itu Gunung Sinabung meletus besar. Peristiwa ini didahului rentetan gempa vulkanik sejak 2 hari sebelumnya. PVMBG mencatat jumlah gempa vulkanik Sinabung pada 17 Februari 2018 TU mencapai 17 kejadian, yang terdiri atas gempa vulkanik dalam dan dangkal. Sehari berikutnya jumlah gempa vulkaniknya meroket menjadi 49 kejadian hanya untuk gempa vulkanik dalam saja. Dan pada 19 Februari 2018 TU antara pukul 00:00 hingga 06:00 WIB saja terekam adanya 30 kejadian gempa vulkanik dalam.

Gambar 4. Gunung Sinabung dan lingkungan sekitarnya sehari pasca letusan besar, berdasarkan citra satelit penginderaan jauh Planet Dove milik PlanetLab. Nampak luasnya sebaran debu vulkanik letusan besar ini serta daerah yang terlanda awan panas. Sumber: PlanetLab, 2018.

Sebagai pembanding, sepanjang bulan Desember 2017 TU lalu PVMBG mencatat setiap harinya Gunung Sinabung mengalami gempa vulkanik sebanyak rata-rata 15 kejadian (gempa vulkanik dalam dan dangkal). Maka selama tiga hari berturut-turut menjelang letusan besarnya, gempa vulkanik Sinabung cukup intensif melampaui angka rata-ratanya. Gempa vulkanik selalu berhubungan dengan gerak fluida (magma segar dan gas vulkanik) dari perutbumi menuju kawah atau lubang letusan sebuah gunung berapi.

Intensifnya gempa vulkanik Sinabung selama tiga hari berturut-turut itu mencerminkan tingginya kuantitas fluida yang merangsek ke atas. Semua itu menyebabkan tekanan di dasar kubah lava terbaru Sinabung sangat kuat. Hingga mampu membobol dan menghancurkan kubah lava sekaligus membentuk lubang letusan yang cukup besar di puncak. Pengamatan langsung PVMBG terhadap bentuk puncak Sinabung menegaskan hal tersebut.

Gambar 5. Perubahan panorama puncak Gunung Sinabung akibat letusan besar 19 Februari 2018 TU, diabadikan PVMBG dari lokasi yang sama. Sebelum letusan besar, puncak Sinabung dihiasi kubah lava yang mengandung 1,6 juta meter3 lava segar. Pasca letusan besar, segenap kubah lava tersebut lenyap, digantikan oleh lubang letusan yang cukup besar yang masih berasap. Sumber: PVMBG, 2018.

Letusan besar Sinabung itu demikian bertenaga. Sehingga desing suara infrasonik yang diproduksinya menjalar demikian jauh sampai bisa terdeteksi dari tepian Laut Merah, yang berjarak 6.100 kilometer dari Gunung Sinabung. Tepatnya di Djibouti, pada stasiun infrasonik IS-19 yang menjadi bagian dari jejaring CTBTO (Comprehensive nuclear Test Ban Treaty Organization), lembaga pengawas penegakan larangan ujicoba nuklir global dalam segala matra yang berada di bawah payung Perserikatan Bangsa-Bangsa.

Meski dirancang untuk mengendus gelombang infrasonik produk ledakan nuklir, namun stasiun yang sama juga bisa mendeteksi gelombang sejenis dari sumber lain, baik alamiah maupun buatan. Selain Djibouti, letusan besar Sinabung juga terdeteksi oleh stasiun infrasonik IS-52 di pulau Diego Garcia (Inggris) yang terletak di tengah-tengah Samudera Indonesia. Dan terdeteksi juga oleh stasiun infrasonik IS-6 di pulau Cocos (Australia), yang berjarak 1.600 kilometer dari Gunung Sinabung. Hasil deteksi ini memperlihatkan seperti apa besarnya letusan Sinabung.

Gambar 6. Bagaimana desing infrasonik letusan besar Sinabung 19 Februari 2018 terekam oleh tiga stasiun infrasonik CTBTO, masing-masing di pulau Cocos, pulau Diego Garcia dan yang terjauh di Djibouti. Di bawah nampak infrasonogram dari stasiun pulau Cocos. Dipublikasikan oleh CTBTO Preparatory Commission. Sumber: CTBTO, 2018.

Selain lewat gelombang infrasonik, kedahsyatan letusan besar Sinabung juga tercermin lewat sejumlah liputan satelit. Baik yang memang bertugas di kawasan Asia timur dan tenggara maupun yang kebetulan lewat. Misalnya satelit Himawari-8, satelit cuaca milik Jepang yang menetap pada orbit geostasioner di atas garis bujur 140,7º BT. Citra-citra dari satelit ini, yang diambil setiap 15 menit, memperlihatkan bagaimana debu vulkanik dalam letusan besar Sinabung itu berkembang dan meluas ke arah barat laut dan utara. Hingga menjangkau wilayah propinsi Aceh, hal yang belum pernah terjadi sebelumnya.

Gambar 7. Letusan besar Sinabung seperti diabadikan pada rangkaian citra satelit Himawari-8 dalam warna nyata (true) sejak pukul 09:00 WIB hingga 12:00 WIB. Nampak debu vulkanik dengan warna kecoklatannya cukup kontras dibandingkan tebaran awan disekitarnya yang putih. Nampak pula bagaimana bentuk dan ukuran debu vulkanik Sinabung yang meluas dari waktu ke waktu. Dipublikasikan oleh Japan Meteorology Agency. Sumber: JMA, 2018.

Analisis Volcanic Ash Advisory Centre (VAAC) Darwin, tim pakar yang bekerja di bawah badan penerbangan sipil internasional dari Perserikatan bangsa Bangsa, menyimpulkan debu vulkanik produk letusan besar ini membumbung hingga ketinggian 16.500 meter dpl. Kesimpulan yang sedikit berbeda dikemukakan tim evaluasi pasca letusan yang berbasis satelit CALIPSO (Cloud Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation). Satelit dikelola bersama oleh NASA (Amerika Serikat) dan CNES (Perancis) menunjukkan lima jam pasca letusan besar, puncak debu vulkaniknya bahkan sempat menjangkau ketinggian 18.000 meter dpl. Ketinggian sebesar ini belum pernah terjadi dalam letusan-letusan Sinabung sebelumnya.

Gambar 8. Atas = lintasan satelit Aqua di atas kawasan Gunung Sinabung dalam 5 jam pascaletusan, menyajikan citra dalam warna nyata dari radas MODIS dan hasil pengukuran kadar gas Belerang (SO2). Bawah = Bagaimana debu vulkanik dalam letusan besar Sinabung membumbung tinggi hingga 18.000 meter dpl diungkap lewat penyelidikan satelit CALIPSO yang lewat di atas Sinabung beberapa saat setelah satelit Aqua. Garis hitam menunjukkan tropopause (batas antara lapisan troposfer dan stratosfer). Sumber: Andrew Prata, 2018.

Sebelum letusan besar terjadi, kubah lava yang menduduki ujung lubang letusan Sinabung memiliki volume sedikitnya 1,6 juta meter3. Letusan besar Sinabung menghilangkan seluruhnya. Seperti terlihat pada Letusan Kelud 2014, volume letusan merupakan kombinasi dari volume kubah lava yang nampak di permukaan dengan volume magma segar yang merangsek deras dari perutbumi. Sehingga cukup beralasan untuk mengatakan letusan besar Sinabung menghamburkan setidaknya 2 juta meter3 magma segar. Penyelidikan lebih lanjut akan lebih memastikannya.

Letusan besar Sinabung mengindikasikan ada yang berubah dari gunung berapi yang tak pernah meletus lagi dalam 1.200 tahun terakhir itu. Awalnya erupsi magmatis Sinabung bersifat efusif. Ia ditandai pembentukan kubah lava yang berlanjut ke guguran lava pijar di lereng sekaligus terbentuknya awan panas guguran. Letusan semacam ini dikenal sebagai letusan tipe Merapi. Namun dalam setahun terakhir, Gunung Sinabung mulai memperlihatkan tanda-tanda erupsi eksplosif. Kolom letusan kerap terbentuk dan menyembur hingga ketinggian tertentu, yang dikenal sebagai letusan tipe vulkanian. Letusan besar Sinabung kemarin adalah pemuncak dari erupsi eksplosif tersebut, hingga saat ini. Letusan besar itu memiliki tipe plinian (subplinian).

Apakah Gunung Sinabung sedang berubah?

Referensi

PVMBG. 2018. erupsi Gunung Sinabung tanggal 19 Februari 2018 pukul 08:53 WIB. Pusat Vulkanologi da Mitigasi Bencana Geologi, Badan Geologi, Kementerian Energi dan Sumberdaya Mineral RI. Diakses 21 Februari 2018 TU.

Devy Kamil Syahbana. 2018. komunikasi pribadi.

Andrew Prata. 2018. komunikasi pribadi.

Sutopo Purwo Nugroho. 2018. komunikasi pribadi.

Lubang Hitam (Raksasa) yang Batal ‘Menyantap Makanan’

Sebuah awan gas raksasa yang ukurannya setara tata surya kita dan seharusnya telah remuk tercabik-cabik lantas menghilang (sebagian) tersedot lubang hitam raksasa di pusat galaksi Bima Sakti ternyata masih tetap eksis meski baru saja lewat dalam jarak cukup dekat (pada skala astronomi) dengan sang monster. Kini para astronom menduga ada sedikitnya satu bintang tersembunyi di dalam awan gas raksasa ini. Sehingga ia bisa tetap bertahan meski telah melintasi lingkungan sangat ganas dekat lubang hitam raksasa itu. Peristiwa yang sesungguhnya terjadi antara 24.500 hingga 27.300 tahun silam membuat lubang hitam raksasa yang menghuni pusat galaksi Bima Sakti kita pun dipaksa kembali berpuasa.

Awan gas tersebut pertama kali teramati pada 2002 Tarikh Umum (TU) namun sebagian sifatnya baru terungkap sembilan tahun kemudian. Diberi identitas G2, awan gas yang berdiameter sekitar 37,5 milyar kilometer atau setara dimensi tata surya kita hingga ke kawasan Sabuk Kuiper-Edgeworth (dan mengabaikan awan komet Opik-Oort) tersusun dari campuran debu, gas dan ion-ion yang menggumpal. Massanya sekitar tiga kali lipat Bumi kita. Debu di awan gas tersebut bersuhu 277 derajat Celcius, atau lebih panas ketimbang suhu air mendidih di permukaan Bumi. Meski tergolong panas untuk ukuran manusia namun debu di awan gas ini sebaliknya masih bisa dianggap ‘dingin’ jika dibandingkan dengan gas-gasnya yang memiliki suhu hingga 10.000 derajat Celcius. Pada suhu tersebut, gas-gas di awan gas G2 ini lebih panas ketimbang permukaan Matahari (fotosfer) kita, yang ‘hanya’ bersuhu 5.800 derajat Celcius. Sebaliknya sekujur awan gas G2 ini tergolong sangat dingin bagi lingkungan pusat galaksi Bima Sakti, yang bertaburan gas-gas difus sepanas hingga 100 juta derajat Celcius.

Gambar 1. Benda langit yang semula dikira awan gas G2 nampak masih ada dan relatif utuh meski baru saja melewati titik perinigricon (titik terdekat ke lubang hitam) di pusat galaksi Bima Sakti. Melintasnya awan gas G2 di perinigricon-nya menjadi peristiwa langit yang paling dinanti dunia astronomi di tahun 2014 TU ini karena menyajikan peluang untuk menyaksikan lubang hitam raksasa di pusat Bima Sakti menyantap kudapan kosmik. Diabadikan dengan teleskop kembar Keck (diameter 10 meter) pada Agustus 2014 TU lalu. Sumber: Ghez, 2014.

Gambar 1. Benda langit yang semula dikira awan gas G2 nampak masih ada dan relatif utuh meski baru saja melewati titik perinigricon (titik terdekat ke lubang hitam) di pusat galaksi Bima Sakti. Melintasnya awan gas G2 di perinigricon-nya menjadi peristiwa langit yang paling dinanti dunia astronomi di tahun 2014 TU ini karena menyajikan peluang untuk menyaksikan lubang hitam raksasa di pusat Bima Sakti menyantap kudapan kosmik. Diabadikan dengan teleskop kembar Keck (diameter 10 meter) pada Agustus 2014 TU lalu. Sumber: Ghez, 2014.

Hal yang paling menarik dari awan gas G2 ini adalah bahwa ia bergerak, tepatnya berputar mengelilingi sebentuk benda langit taknampak di pusat galaksi Bima Sakti kita. Para astronom telah lama menduga benda langit taknampak itu adalah lubang hitam raksasa (supermassive blackhole) yang diameternya sekitar 88 juta kilometer. Observasi berkelanjutan memperlihatkan awan gas G2 bergerak menyusuri orbit yang sangat lonjong yang eksentrisitasnya 0,92 atau mirip dengan orbit komet-komet berperiode panjang/sangat panjang dalam tata surya kita. Orbit awan gas G2 memiliki titik perinigricon (titik terdekat ke lubang hitam) sejauh 38,9 milyar kilometer dari pusat lubang hitam raksasa tersebut. Jarak tersebut setara 260 kali lipat jarak rata-rata Bumi ke Matahari. Sebaliknya titik aponigricon-nya (titik terjauh ke lubang hitam) adalah sebesar 988,9 milyar kilometer atau setara dengan 6.610 kali lipat jarak rata-rata Bumi ke Matahari. Dengan begitu awan gas G2 membutuhkan waktu sekitar 100 tahun untuk bisa menyelesaikan revolusinya sekali putaran.

Analisis lebih lanjut memperlihatkan bahwa awan gas G2 ini nampak bakal melintas di titik perinigricon-nya pada suatu waktu di antara Januari hingga Juni 2014 TU. Saat di perinigricon-nya, awan gas G2 Segera informasi ini menghebohkan jagat astronomi. Sebab titik perinigricon-nya demikian dekat ke lubang hitam raksasa tersebut, yakni 3.000 kali lipat lebih besar ketimbang jari-jari lubang hitam raksasa itu mengacu pada radius Schwarszchild (jari-jari antara pusat lubang hitam dengan ufuk peristiwanya). Dalam jarak sedemikian dekat, maka untuk pertama kalinya para astronom berkesempatan menyaksikan aksi dahsyat sang lubang hitam raksasa yang selama ini hanya sebatas gagasan di atas kertas, yakni memakan benda langit. Makanan tersebut entah sebagai kudapan yakni benda langit bermassa relatif kecil seperti halnya awan gas G2 ini, ataupun makan besar dengan melahap bintang massif. Tak pelak bakal melintasnya awan gas G2 di titik perinigricon-nya menjadi salah satu peristiwa langit yang paling ditunggu di dunia astronomi dalam tahun 2014 TU ini.

Lubang Hitam

Bagaimana umat manusia masakini mencoba memahami benda langit eksotik bernama lubang hitam berangkat dari pertanyaan sederhana. Jika bintang-bintang di langit (termasuk Matahari) tersusun dari gas, mengapa gas-gas itu bisa berkumpul di satu lokasi yang sama sementara sifat gas adalah mengisi ruang yang kosong? Jawaban dari pertanyaan ini baru mulai terkuak dalam kurun kurang dari seabad terakhir. Tepatnya kala dunia ilmu pengetahuan diguncangkan oleh dua revolusi besar dalam ilmu fisika dengan imbasnya kemana-mana, yakni relativitas umum dan mekanika kuantum.

Gambar 2. Diagram sederhana struktur Matahari kita bila diiris dan bagaimana dimensi (ukurannya) sebagai hasil keseimbangan antara gravitasi yang selalu menuju ke pusat Matahari (dan selalu mencoba mengerutkannya) dengan tekanan radiasi produk reaksi fusi nuklir di pusat Matahari yang selalu keluar dari pusat Matahari (dan selalu memcoba mengembangkannya). Kesetimbangan ini akan berubah dramatis saat bahan reaksi fusi nuklir telah sangat terbatas. Bagaimana nasib bintang pada saat itu sangat bergantung pada massanya. Sumber: Sudibyo, 2014.

Gambar 2. Diagram sederhana struktur Matahari kita bila diiris dan bagaimana dimensi (ukurannya) sebagai hasil keseimbangan antara gravitasi yang selalu menuju ke pusat Matahari (dan selalu mencoba mengerutkannya) dengan tekanan radiasi produk reaksi fusi nuklir di pusat Matahari yang selalu keluar dari pusat Matahari (dan selalu memcoba mengembangkannya). Kesetimbangan ini akan berubah dramatis saat bahan reaksi fusi nuklir telah sangat terbatas. Bagaimana nasib bintang pada saat itu sangat bergantung pada massanya. Sumber: Sudibyo, 2014.

Sebelumnya musti digarisbawahi bahwa bintang tidaklah tersusun dari gas, melainkan plasma. Plasma adalah campuran antara ion-ion positif dan elektron-elektron bebas bersuhu tinggi yang secara akumulatif berperilaku mirip gas. Di sisi lain setiap partikel dalam ion-ion positif (dan elektron juga) dalam plasma memiliki massa sehingga mereka tunduk pada hukum gravitasi. Karena jumlahnya amat sangat banyak, maka maka secara akumulatif partikel-partikel dalam plasma yang menyusun bintang memproduksi gravitasi yang arahnya selalu menuju ke pusat massa bintang tersebut. Dengan demikian bintang itu memiliki kecenderungan abadi untuk mengerut (mengecil) oleh gravitasinya sendiri. Namun bintang pada umumnya dapat menahan pengerutan tersebut melalui tekanan radiasi/gelombang elektromagnetik. Jadi kala massa plasma terus saja mengerut, pusat massanya jadi bersuhu sangat tinggi (hingga belasan juta derajat Celcius). Akibatnya reaksi fusi (penggabungan nuklir), yakni bergabungnya inti-inti atom ringan menjadi inti atom yang lebih berat sembari melepaskan energi, pun terjadilah. Begitu reaksi dimulai, energi yang dilepaskan tetap menjaga suhu tinggi disekelilingnya sehingga reaksi-reaksi fusi berikutnya akan terus terjadi secara berkesinambungan. Salah satu produk reaksi adalah foton gamma, yakni sinar radioaktif berenergi tinggi dan berdaya tembus besar. Jika jumlah foton gammanya sangat besar maka ia pun menghasilkan tekanan radiasi yang cukup kuat dengan arah berkebalikan dibanding tekanan gravitasi. Sehingga tekanan radiasi selalu mengarah keluar (ke segala arah) dari pusat massa akumulatif plasma.

Matahari kita pun seperti itu. Diameternya yang 1,39 juta kilometer juga berasal dari keseimbangan antara tarikan gravitasi dengan tekanan radiasi produk reaksi fusi nuklir di pusatnya. Keseimbangan ini akan terus bertahan selama reaksi fusi nuklir di pusatnya terus berlangsung. Reaksi tersebut mengonsumsi tak kurang dari 620 juta ton inti Hidrogen per detiknya untuk diubah menjadi 615,6 juta ton inti Helium dan 0,2 juta ton positron (antimateri dari elektron, atau elektron bermuatan positif). Sisa massa 4,2 juta ton lenyap, berubah menjadi energi mengikuti kesetaraan massa-energi Einstein yang terkenal itu dengan produk energi 382 trilyun trilyun watt (dengan 26 angka nol). Massa plasma yang amat sangat besar poun membuat Matahari menjadi cukup massif untuk membengkokkan ruang-waktu disekitarnya demikian rupa. Sehingga berkas cahaya bintang jauh yang hendak menuju ke Bumi pun dipaksa berbelok sedikit kala lewat di dekat Matahari. Inilah fenomena yang diramalkan relativitas umum Einstein hampir seabad silam dan menemukan buktinya pada observasi Gerhana Matahari Total 19 Mei 1919 TU yang dipimpin Eddington, astronom Inggris.

Gambar 3. Poster yang dibuat astronom Eddington dan rekan-rekannya (Inggris) menjelang Gerhana Matahari Total 29 Mei 1919 TU. Berkas cahaya bintang jauh digambarkan menempuh lintasan melengkung kala lewat di dekat Matahari. Sehingga posisi bintang jauh tersebut terlihat bergeser dibanding posisi sesungguhnya. Eddington menjadi bagian dari tim astronom yang membuktikan bahwa melengkungnya lintasan cahaya tersebut memang benar-benar terjadi. Sumber: Morison, 2008.

Gambar 3. Poster yang dibuat astronom Eddington dan rekan-rekannya (Inggris) menjelang Gerhana Matahari Total 29 Mei 1919 TU. Berkas cahaya bintang jauh digambarkan menempuh lintasan melengkung kala lewat di dekat Matahari. Sehingga posisi bintang jauh tersebut terlihat bergeser dibanding posisi sesungguhnya. Eddington menjadi bagian dari tim astronom yang membuktikan bahwa melengkungnya lintasan cahaya tersebut memang benar-benar terjadi. Sumber: Morison, 2008.

Masalahnya ketersediaan inti Hidrogen di Matahari terbatas. Suatu saat ia pasti bakal turun hingga ke batas kritis yang membuat kesinambungan reaksi fusi nuklir sirna. Nah apa yang bakal terjadi?

Jawaban dari persoalan ini dipelopori oleh Subrahmanyan Chandrasekhar, seorang cendekia India muda belia yang pada tahun 1930 TU berlayar ke Inggris guna melanjutkan studinya. Sepanjang pelayaran Chandrasekhar melakukan perhitungan mekanika statistik dengan mengacu dua revolusi ilmu pengetahuan di abad ke-20, yakni relativitas umum dan mekanika kuantum. Chandrasekhar mendapati jika jumlah inti Hidrogen telah demikian sedikit, reaksi fusi nuklir pun berhenti dan gravitasi bintang kembali membuat bintang tersebut mengerut. Akibatnya plasma dipaksa berkumpul dalam volume lebih sempit sehingga jarak antar partikelnya kian memendek. Termasuk jarak antar elektron-elektron bebasnya. Karena sama-sama bermuatan negatif, maka elektron akan saling tolak-menolak saat berjumpa dengan sesamanya. Pada suatu titik, gaya tolak-menolak ini demikian besar sehingga mampu mengimbangi pengerutan gravitasi. Lahirlah sebuah bintang eksotik, yakni bintang katai putih/cebol putih (white dwarf) yang diameternya hanya beberapa ratus kilometer namun massanya setara massa bintang biasa.

Bintang katai putih hanya akan terbentuk bila massa pusat bintang induk yang kehabisan inti Hidrogen bernilai maksimum 1,4 kali massa Matahari. Jika seluruh bagian bintang induknya diperhitungkan, maka bintang katai putih hanya akan terbentuk oleh sebuah bintang yang massa maksimumnya 8 kali massa Matahari. Dengan demikian Matahari kita kelak juga akan bertransformasi menjadi bintang katai putih, begitu jumlah inti Hidrogennya menyusut hingga di bawah ambang batas. Tetapi bagaimana dengan bintang yang lebih massif?

Pada bintang yang massanya lebih dari 8 kali massa Matahari, pengerutan akibat gravitasinya sendiri begitu reaksi fusi nuklirnya berhenti tak bisa ditahan oleh gaya tolak antar elektronnya. Karena telah mengerut demikian rupa, partikel-partikel inti atom dalam plasmanya dipaksa untuk terpecah menjadi proton dan neutron. Dan elektron-elektronnya dimuati energi yang cukup untuk bereaksi dengan proton. Sehingga terbentuklah neutron. Sebagai partikel subatomik dengan spin pecahan, neutron mematuhi prinsip eksklusi Pauli sehingga tak ada dua neutron yang menempati posisi dan keadaan kuantum yang sama. Pada satu titik, prinsip ini menghasilkan gaya tolak demikian besar sehingga mampu menyeimbangkan diri dengan pengerutan oleh gravitasinya sendiri. Terbentuklah bintang neutron, yang hampir sepenuhnya berisi neutron. Bintang eksotik ini hanya berdiameter beberapa belas kilometer, namun massanya setara bintang biasa. Sehingga massa jenisnya amat sangat tinggi, menyamai massa jenis inti atom. Sesendok teh materi bintang neutron sama bobotnya dengan 900 buah Piramida Giza yang ditumpuk menjadi satu !

Sebuah bintang neutron hanya akan terbentuk jika massa pusat bintang induknya antara 1,5 hingga 3 kali lipat Massa Matahari. Jika seluruh bagian bintang induknya diperhitungkan, maka bintang neutron hanya akan terbentuk oleh sebuah bintang yang massa maksimumnya 15 hingga 20 kali massa Matahari. Namun pertanyaan lama kembali berulang, bagaimana dengan bintang yang lebih massif?

Inilah saat bintang eksotik yang bernama lubang hitam tampil ke permukaan. Kala massa bintang induknya melebihi 20 kali massa Matahari, maka begitu reaksi fusi nuklirnya berhenti bintang tersebut akan terus mengerut. Gaya tolak antar elektron bebasnya tak mampu menghentikan pengerutan, demikian pula prinsip eksklusi Pauli pada neutron-neutronnya. Bahkan begitu proses pengerutan membuat volumenya menjadi amat sangat kecil, neutron yang ada pun dipaksa buyar kembali hingga menjadi aneka kuark penyusunnya. Di saat bersamaan medan gravitasi bintang eksotik ini pun menjadi amat sangat besar, yang membuat ruang-waktu disekelilingnya dipaksa melengkungan demikian dramatis hingga membentuk asimtot, atau lubang/sumur tanpa dasar. Karena itu ia mendapatkan nama lubang hitam. Tapal batasnya disebut horizon peristiwa, yakni radius khas dimana bahkan berkas cahaya pun tak bisa meloloskan diri darinya.

Sagittarius A-star

Lubang hitam menjadi benda langit yang paling menggamit minat manusia pada saat ini sekaligus menjadi salah satu topik paling seksi dalam astronomi modern. Ia dianggap sebagai obyek yang eksotis, misterius sekaligus mengerikan. Kisah tentang bagaimana lubang hitam begitu ganasnya hingga mampu menghisap habis sebuah bintang biasa sampai gerombolan bintang pun jamak tersebar. Bahkan pada tingkat lubang hitam raksasa yang menghuni sebuah pusat galaksi, galaksi lain pun disebut-sebut dapat dilahap dengan mudah. Jangankan bintang ataupun galaksi, bahkan cahaya sekalipun takkan mampu meloloskan diri darinya.

Gambar 4. Ilustrasi sebuah lubang hitam yang paling populer, yakni Cygnus X-1, bersama pasangannya. Sebagai sebuah sistem bintang ganda yang salah satu anggotanya telah bertransformasi secara radikal menjadi bintang eksotik berupa lubang hitam, maka sang lubang hitam mulai menyedot materi bintang biasa pasangannya hingga membentuk piringan akresi superpanas pemancar sinar ultraungu dan sinar-X yang sangat kuat. Meski lubang hitam sanggup menghisap apapun, namun hingga 90 % materi dalam piringan akresi justru takkan terhisap dalam lubang hitam dan malah terlempar ke angkasa. Sumber: NASA, 2014.

Gambar 4. Ilustrasi sebuah lubang hitam yang paling populer, yakni Cygnus X-1, bersama pasangannya. Sebagai sebuah sistem bintang ganda yang salah satu anggotanya telah bertransformasi secara radikal menjadi bintang eksotik berupa lubang hitam, maka sang lubang hitam mulai menyedot materi bintang biasa pasangannya hingga membentuk piringan akresi superpanas pemancar sinar ultraungu dan sinar-X yang sangat kuat. Meski lubang hitam sanggup menghisap apapun, namun hingga 90 % materi dalam piringan akresi justru takkan terhisap dalam lubang hitam dan malah terlempar ke angkasa. Sumber: NASA, 2014.

Bintang eksotik bernama lubang hitam memang berkemampuan melahap, namun tak seseram bayangan tersebut. Mari ambil contoh Matahari kita. Matahari memang takkan bisa berubah menjadi lubang hitam akibat massanya yang terlalu kecil. Namun andaikata dia bertransformasi menjadi lubang hitam maka diameternya akan demikian kecil menjadi hanya 5,9 kilometer saja. Namun massa dan gravitasinya akan tetap sama dengan Matahari kita saat ini, sehingga Bumi dan planet-planet lainnya bakal tetap berada di orbitnya seperti semula. Dengan satu perbedaan, kini semua gelap gulita abadi. Persoalan baru muncul jika Bumi dan planet-planet mendekat hingga sejarak setengah sampai sejuta kilometer dari ‘lubang hitam Matahari’ ini. Sebab pada titik itulah gaya tidal (gaya pasang surut gravitasi) ‘lubang hitam Matahari’ telah demikian besar sehingga mampu membelah dan mencabik-cabik benda langit apapun yang melintasinya.

Begitu pun setiap benda langit lainnya yang dipaksa terlalu dekat dengan lubang hitam nyata apapun. Setelah tercabik-cabik begitu rupa, kepingan-kepingan sisa benda langit tasi dipaksa mengelilingi sang lubang hitam dalam jarak dekat sebagai piringan akresi. Piringan ini bentuknya seperti donat gepeng dan menyerupai sabuk asteroid, namun memiliki suhu sangat tinggi sehingga melepaskan gelombang elektromagnetik berintensitas dan berenergi tinggi yang didominasi sinar ultraungu dan sinar-X. Hanya sedikit materi bersuhu tinggi dalam piringan akresi ini yang bakal dilahap lubang hitam. Justru hingga 90 % diantaranya bakal terlempar keluar menjauhi piringan akresi, yang otomatis juga menjauhi lubang hitam, menurut sebuah simulasi. Maka, meski memang tak bakal meloloskan seberkas cahaya sekalipun (demikian pula gelombang elektromagnetik lainnya), namun sejatinya lubang hitam bisa dideteksi dengan berdasar pada pancaran sinar ultraungu/sinar-X dari kawasan sempit di langit. Ia juga bisa dideteksi dengan mengamati perilaku bintang-bintang biasa didekatnya.

Lubang hitam raksasa di pusat galaksi Bima Sakti pertama kali terdeteksi pada Februari 1974 TU oleh astronom Bruce Balik dan Robert Brown lewat teleskop radio. Ia terekam sebagai sumber gelombang radio sangat kuat di dekat perbatasan rasi Sagittarius dan Scorpio. Mereka menamainya Sagittarius A-star (Sgr A*), yang berjarak antara 24.500 hingga 27.300 tahun cahaya dari Bumi kita. Maka berkas sinar-X yang kita terima dari Sgr A* pada saat ini sejatinya dipancarkan olehnya dalam 24.500 hingga 27.300 tahun silam. Sgr A* ini tidak bisa disaksikan mata (pada spektrum cahaya tampak) akibat berlimpahnya debu-debu antarbintang yang sangat menghalangi pandangan mata kita dari Bumi ke arahnya. Awalnya Sgr A* dianggap sebagai gerombolan bintang gelap maupun bintang eksotik tertentu. Namun kemudian dijumpai sejumlah bintang yang teramati beredar mengelilingi Sgr A* dalam orbit amat lonjong. Keberadaan bintang-bintang ini memungkinkan kita menghitung massa Sgr A* dengan menggunakan kombinasi Hukum Kepler III dan hukum gravitasi Newton, sepanjang kita mengetahui nilai periode revolusi masing-masing bintang.

Gambar 5. Pemandangan selempang galaksi Bima Sakti kita saat disaksikan dari Bumi. Sagittarius A-star (Sgr A*) merupakan pusat galaksi Bima Sakti yang terlihat berdekatan dengan bintang terang Antares di rasi Scorpio. Sgr A* adalah lubang hitam raksasa yang massanya 4,31 juta kali lipat massa Matahari kita dan terletak antara 24.500 hingga 27.300 tahun cahaya dari Bumi kita. Diabadikan dari Gunung Sumbing pada Juni 2014 TU lalu. Sumber: Enggar, 2014.

Gambar 5. Pemandangan selempang galaksi Bima Sakti kita saat disaksikan dari Bumi. Sagittarius A-star (Sgr A*) merupakan pusat galaksi Bima Sakti yang terlihat berdekatan dengan bintang terang Antares di rasi Scorpio. Sgr A* adalah lubang hitam raksasa yang massanya 4,31 juta kali lipat massa Matahari kita dan terletak antara 24.500 hingga 27.300 tahun cahaya dari Bumi kita. Diabadikan dari Gunung Sumbing pada Juni 2014 TU lalu. Sumber: Enggar, 2014.

Dengan cara inilah tim Max Planck Institute for Extraterestrial Physics berhasil mendapatkan massa Sgr A*. Belakangan hasilnya diperbaiki dengan lebih akurat oleh astronom Stefan Gilessen dkk pada Oktober 2008 TU lewat observasi pergerakan bintang-bintang disekeliling Sgr A* selama 16 tahun berturut-turut tanpa terputus. Sgr A* ternyata memiliki massa luar biasa besar, yakni 4,31 juta kali lipat massa Matahari kita. Hanya ada satu penjelasan bagi benda langit bermassa sebesar itu, yakni sebagai lubang hitam. Lebih tepatnya sebuah lubang hitam raksasa.

Observasi lebih lanjut memperlihatkan bahwa lubang hitam raksasa di pusat galaksi Bima Sakti kita ternyata dalam kondisi lapar. Daya (energi per detik) yang dilepaskan oleh piringan akresi di sekelilingnya ternyata 200 juta kali lipat lebih rendah dibanding yang seharusnya bisa dilepaskan untuk ukuran massanya. Rendahnya daya tersebut merupakan implikasi dari kecilnya materi yang dilahap sang lubang hitam raksasa, yakni tak lebih massif dari Bumi kita setiap tahunnya. Karena lapar, maka aktivitas lubang hitam raksasa Sgr A* pun cenderung kalem. Dia tak seagresif lubang-lubang hitam raksasa penghuni pusat galaksi-galaksi tetangga tertentu yang demikian meledak-ledak.

Batal

Namun sebuah harapan bersemi dengan ditemukannya awan gas G2. Awan gas ini beredar mengelilingi lubang hitam raksasa Sgr A* dengan titik perinigricon-nya demikian kecil. Sementara gaya tidal Sgr A* sudah berkemampuan mengoyak sang awan gas bahkan tatkala masih berjarak trilyunan kilometer darinya. Maka awan gas ini diprediksikan akan tercabik-cabik begitu mendekat atau melintas titik perinigricon-nya hingga terlontar kemana-mana sebagai kembang api kosmik berskala sangat besar. Peristiwa ini juga memungkinkan lubang hitam raksasa Sgr A* untuk berbuka puasa, meski hanya sekedar menyantap kudapan kosmik seiring kecilnya massa si awan gas.

Gambar 6. Bagaimana awan gas G2 berubah bentuk secara perlahan dari tahun ke tahun begitu kian mendekati Sgr A* dalam satu dekade terakhir. Nampak awan gas terlihat semakin mulur begitu kian mendekati titik perinigricon-nya terhadap lubang hitam raksasa. Namun ajaibnya, setelah melintasi titik perinigricon-nya awan gas G2 justru tetap ada dan relatif utuh. Sumber: Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, 2014.

Gambar 6. Bagaimana awan gas G2 berubah bentuk secara perlahan dari tahun ke tahun begitu kian mendekati Sgr A* dalam satu dekade terakhir. Nampak awan gas terlihat semakin mulur begitu kian mendekati titik perinigricon-nya terhadap lubang hitam raksasa. Namun ajaibnya, setelah melintasi titik perinigricon-nya awan gas G2 justru tetap ada dan relatif utuh. Sumber: Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, 2014.

Jika hal itu benar-benar terjadi, maka umat manusia berkesempatan menyaksikan untuk pertama kalinya bagaimana sebuah lubang hitam melahap benda langit yang ditakdirkan untuk terlalu dekat dengannya. Meski kini kita telah memiliki daftar kandidat lubang hitam yang bertebaran dimana-mana, bahkan dalam galaksi Bima Sakti sendiri, namun bagaimana cara sebuah lubang hitam menyantap makanannya belum pernah dapat disaksikan. Kampanye observasi pun digelar melibatkan teleskop-teleskop termutakhir. Sedemikian ramainya kampanye observasi ini sehingga dalam kata-kata astronom Andrea Ghez di University of California Los Angeles, ia menjadi peristiwa langit yang paling banyak diamati.

Tapi hasilnya sungguh tak terduga. Andrea Ghez dan rekan-rekannya mengamati awan gas G2 ini dengan menggunakan teleskop kembar di observatorium W.M. Keck puncak Gunung Mauna Kea, Hawaii (Amerika Serikat), yang masing-masing memiliki cermin obyektif berdiameter 10 meter, pada spektrum sinar inframerah dengan panjang gelombang 3 mikrometer. Pengamatan dilangsungkan dalam dua kesempatan terpisah, masing-masing di bulan Maret dan Agustus 2014 TU. Hasilnya apa yang dikira sebagai awan gas G2 ternyata masih ada dan relatif tak terganggu pada observasi bulan Agustus 2014 TU lalu. Dan observasi juga tak menjumpai fenomena kembang api kosmik yang dinanti. Jelas sudah, lubang hitam raksasa Sgr A* batal menyantap kudapan.

Gambar 7. Simulasi bagaimana nasib awan gas G2 dari tahun ke tahun hingga saat melintas demikian dekat dengan lubang hitam raksasa di pusat galaksi Bima Sakti. Lubang hitam raksasa ditempatkan di koordinat (0, 0). Nampak awan gas G2 pada akhirnya akan terjebak di sekeliling lubang hitam raksasa untuk membentuk piringan akresi. Dalam kenyataannya, awan gas G2 tidak bernasib seperti simulasi ini. Sumber: Anninos dkk, 2012.

Gambar 7. Simulasi bagaimana nasib awan gas G2 dari tahun ke tahun hingga saat melintas demikian dekat dengan lubang hitam raksasa di pusat galaksi Bima Sakti. Lubang hitam raksasa ditempatkan di koordinat (0, 0). Nampak awan gas G2 pada akhirnya akan terjebak di sekeliling lubang hitam raksasa untuk membentuk piringan akresi. Dalam kenyataannya, awan gas G2 tidak bernasib seperti simulasi ini. Sumber: Anninos dkk, 2012.

Kini muncul dugaan bahwa apa yang semula kita kira sebagai awan gas G2 mungkin sesungguhnya adalah benda langit yang lebih massif. Dalam pandangan Andrea Ghez, G2 lebih mungkin merupakan bintang takbiasa yang massanya 2 kali lipat Matahari kita namun diameternya 100 kali lipat lebih besar. Bintang takbiasa ini nampaknya mungkin merupakan penggabungan dari dua buah bintang yang semula menjadi bagian sebuah sistem bintang ganda. Namun seiring mendekatnya ke lubang hitam raksasa Sgr A*, sistem bintang ganda tersebut kehilangan stabilitasnya sekaligus memaksa kedua bintang itu berbenturan dan menyatu.

Ada juga dugaan bahwa G2 mungkin adalah sebuah bintang yang melepaskan gas dalam jumlah besar ke sekelilingnya. Dapat pula ia adalah sebuah awan gas yang seungguhnya dengan gumpalan-gumpalan beragam ukuran didalamnya, produk dari pelepasan lapisan terluar sebuah bintang raksasa di tempat lain. Namun apapun itu, lubang hitam raksasa Sgr A* masih harus bersabar menahan laparnya hingga beberapa waktu ke depan. Umat manusia pun juga masih harus bersabar untuk bisa membuktikan bagaimana cara sebuah bintang eksotik bernama lubang hitam mengonsumsi benda-benda langit yang terlanjur mendekat kearahnya.

Referensi :

Clery. 2014. Astronomers Identify Mysterious Object at Heart of Milky Way. American Association for the Advancement of Science, 4 November 2014.

Cofield. 2014. Milky Way’s Monster Black Hole Ignores Its ‘Snack,’ and Debate Swirls. Space.com, 20 November 2014.

Anninos dkk. 2012. Three-Dimensional Moving-Mesh Simulations of Galactic Center Cloud G2. The Astrophysical Journal, vol. 759 no. 132 (2012).