Cara mengambil gambar lubang hitam

Di jantung Galaksi Bima Sakti, terdapat sebuah lubang hitam raksasa yang mengonsumsi cincin gas panas yang berputar, menghisap apa pun yang melintas terlalu dekat, bahkan cahaya. Kita tidak bisa melihatnya, tetapi horizon peristiwa ini menyebabkan bayangan dan gambar dari bayangan itu dapat menjawab sejumlah pertanyaan penting mengenai alam semesta. Para ilmuwan dahulu berpikir bahwa memproduksi gambar itu akan membutuhkan teleskop sebesar bumi, hingga Katie Bouman dan suatu tim astronom mengutarakan sebuah alternatif yang cerdas. Pelajari bagaimana kita bisa melihat kegelapan yang absolut.

Dalam film Interstellar,

kita bisa melihat dengan jelas
sebuah lubang hitam raksasa.

Dengan latar berupa gas bercahaya,

tarikan kuat gravitasi lubang hitam
membelokkan cahaya membentuk cincin.

Namun, ini bukanlah gambaran sebenarnya,

tetapi hasil olahan grafis komputer.

Suatu interpretasi artistik dari
tampilan lubang hitam yang memungkinkan.

Seratus tahun yang lalu,

Albert Einstein mempublikasikan
teori relativitas umumnya.

Beberapa tahun kemudian,

ilmuwan menemukan banyak bukti
yang mendukung teori tersebut.

Tetapi satu prediksi dari teori ini,
lubang hitam,

belum diteliti secara langsung.

Walaupun kita memiliki sejumlah ide
akan gambaran lubang hitam,

kita belum pernah mengambil fotonya
secara langsung.

Namun, Anda mungkin akan terkejut
mengetahui sebentar lagi itu akan berubah.

Kita mungkin dapat melihat foto pertama
lubang hitam dalam dua tahun lagi.

Mendapatkan foto tersebut memerlukan
tim ilmuwan internasional,

sebuah teleskop sebesar bumi,

dan sebuah algoritma untuk mengolah
gambar akhir.

Walaupun saya belum bisa menunjukkan
foto lubang hitam hari ini,

saya ingin menjelaskan sekilas
tentang usaha yang dilakukan

untuk dapatkan foto pertama itu.

Nama saya Katie Bouman.

Saya adalah mahasiswa S3 di MIT.

Saya melakukan riset di lab sains komputer

untuk membuat komputer menganalisis
gambar dan video.

Walaupun saya bukan ahli astronomi,

saya ingin menunjukkan

cara saya bisa berkontribusi
pada proyek yang menarik ini.

Jika Anda melihat jauh melebihi
cahaya lampu kota malam ini,

Anda mungkin dapat melihat
pemandangan mengagumkan

dari Galaksi Bima Sakti.

Jika Anda perbesar gambar
melebihi jutaan bintang

hingga 26.000 tahun cahaya
di jantung Galaksi Bisa Sakti,

kita akan dapat menemukan gugusan bintang
tepat di tengahnya.

Memandang melewati debu galaksi
dengan teleskop inframerah,

astronom telah memperhatikan
bintang-bintang tersebut selama 16 tahun.

Tetapi yang tidak terlihatlah
yang sebenarnya paling mencengangkan.

Bintang-bintang itu tampak
mengitari objek tidak terlihat.

Dengan mengikuti
pergerakan bintang-bintang itu,

astronom dapat menyimpulkan

satu-satunya benda yang cukup
kecil & berat yang mengakibatkan itu

adalah lubang hitam raksasa.

Objek yang begitu padat hingga menghisap
apa pun yang melintas terlalu dekat,

bahkan cahaya.

Tapi apa yang terjadi ketika kita
lebih memperbesarnya lagi?

Mungkinkah untuk melihat benda yang,
secara logika, tidak mungkin dilihat?

Ternyata jika kita memperbesarnya sebesar
panjang gelombang radio,

kita bisa melihat lingkaran cahaya

karena gravitasi membuat
plasma panas menyelubung

menutupi sekitar lubang hitam.

Dengan kata lain,

lubang hitam membuat bayangan
di balik material terang tersebut,

membentuk sebuah bola kegelapan.

Lingkaran terang ini menunjukkan
horison peristiwa lubang hitam

di mana gravitasi menjadi begitu besar

bahkan cahaya pun tak bisa lolos.

Persamaan Einstein memprediksi
ukuran dan bentuk lingkaran ini

sehingga mengambil gambarnya
bukan hanya keren,

tapi juga bisa membuktikan
persamaan tersebut berlaku

pada kondisi ekstrem
di sekitar lubang hitam.

Namun, lubang hitam ini sangat jauh
dari kita

sehingga lingkaran tersebut
tampak sangat kecil dari Bumi.

Seukuran sebuah jeruk yang kita lihat
di permukaan bulan.

Itu membuat pengambilan gambar
menjadi sangat sulit.

Kenapa?

Karena sebuah persamaan yang sederhana.

Karena sebuah fenomena
yang disebut difraksi,

ada batasan-batasan mendasar

tentang objek terkecil yang
bisa kita lihat.

Persamaan ini menyatakan bahwa
untuk melihat benda yang lebih kecil,

kita butuh teleskop yang lebih besar.

Tapi bahkan dengan
teleskop optik terbaik di bumi,

kita belum mampu menghasilkan
resolusi yang layak

untuk mengambil gambar permukaan bulan.

Saya akan tunjukkan resolusi tertinggi
dari gambar bulan yang pernah diambil

dari bumi.

Gambar ini memuat sekitar 13.000 piksel

dan setiap piksel dapat memuat
lebih dari 1,5 juta jeruk.

Jadi, seberapa besar teleskop
yang kita butuhkan

untuk dapat melihat satu jeruk
di permukaan bulan

dan juga lubang hitam?

Ternyata dengan melakukan perhitungan,

Anda bisa menghitung dengan mudah
bahwa kita butuh teleskop

yang seukuran dengan Bumi.

(Tawa)

Jika kita bisa membuat teleskop itu,

kita bisa paling tidak mengenali
lingkaran cahaya tersebut

yang merupakan horison peristiwa
lubang hitam.

Walau gambar itu tidak akan
memuat detail yang kita lihat

pada gambar olahan komputer,

itu memungkinkan kita melihat
penampakan pertama

lingkungan di sekitar lubang hitam.

Namun, bisa Anda bayangkan,

membuat sebuah teleskop seukuran bumi
adalah tidak mungkin.

Tetapi seperti yang dikatakan Mick Jagger

"Anda tak selalu bisa dapat semuanya,

tetapi jika mencoba,
bisa saja Anda mendapat

apa yang Anda butuhkan."

Dengan menghubungkan teleskop-teleskop
di dunia,

sebuah kolaborasi internasional bernama
Event Horizon Telescope

membuat teleskop komputasional
seukuran Bumi

yang mampu membentuk struktur

berskala horison peristiwa lubang hitam.

Jaringan teleskop ini rencananya
akan mengambil gambar pertama

dari lubang hitam tahun depan.

Setiap teleskop dalam jaringan tersebut
akan bekerja bersama.

Terhubung dengan waktu yang presisi
menggunakan jam atom

dan tim peneliti di setiap teleskop
menangkap cahaya

dengan mengumpulkan ribuan terabita data.

Data itu kemudian diproses
di sebuah laboratorium di Massachussets.

Bagaimana mungkin itu dapat dilakukan?

Ingat, jika kita ingin melihat
lubang hitam di pusat tata surya kita,

kita perlu membangun teleskop raksasa
seukuran Bumi?

Mari kita bayangkan bahwa
kita bisa membangun

sebuah teleskop sebesar Bumi.

Hal ini ibarat mengubah bumi
menjadi bola disko raksasa yang berputar.

Setiap cermin akan mengumpulkan cahaya

yang bisa kami satukan hingga membentuk
sebuah gambar.

Namun, katakanlah kita membuang
sebagian besar cermin itu

hanya sedikit yang tersisa.

Kita masih bisa mencoba
mengombinasikan informasi ini,

tetapi kini ada banyak lubang.

Cermin yang tersisa merepresentasikan
lokasi teleskop kita.

Ini hanya sejumlah kecil pengukuran
untuk membuat gambar.

Tetapi walau kami mengumpulkan cahaya
di beberapa lokasi teleskop,

ketika bumi berputar, kami mendapati
pengukuran baru.

Dengan kata lain, seperti bola disko,
cermin tersebut bisa mengubah lokasi

dan kami bisa melihat
bagian lain dari gambar.

Algoritma gambar yang kami kembangkan
mengisi kekosongan bola disko

untuk merekonstruksi
gambar dasar lubang hitam.

Jika kami punya teleskop
di semua tempat di dunia

atau di seluruh bagian bola disko,

ini masalah kecil.

Tetapi kami hanya dapati sejumlah contoh,
dan oleh karena itu,

ada banyak sekali kemungkinan gambar

yang sangat konsisten
dengan pengukuran teleskop kami.

Tetapi, tidak semua gambar sama.

Beberapa tampak seperti
apa yang kami harapkan.

Maka, peran saya dalam
mengambil gambar pertama lubang hitam

adalah mendesain algoritma
yang menemukan gambar paling logis

dan juga cocok dengan pengukuran teleskop.

Seperti halnya seniman sketsa forensik
memakai deskripsi terbatas

untuk membuat gambar menggunakan
pengetahuan struktur wajah mereka,

algoritma gambar yang saya kembangkan
memakai data teleskop terbatas kami

sebagai panduan membuat gambar
seperti alam semesta kita.

Memakai algoritma ini,
kami dapat menggabungkan gambar

dari data yang jarang dan kabur ini.

Saya tunjukkan contoh rekonstruksi
menggunakan data yang disimulasi

ketika kita mencoba mengarahkan teleskop

ke lubang hitam di tengah galaksi kita.

Walau ini hanya simulasi,
rekonstruksi seperti ini memberi harapan

bahwa kita akan bisa mengambil
gambar pertama lubang hitam segera

dan dari itu, menentukan ukuran cincinnya.

Walau saya senang menceritakan
algoritma ini dengan detail,

Anda beruntung saya tak punya waktu.

Tetapi saya akan beri gambaran singkat

bagaimana definisi kami
tampak alam semesta kita

dan cara kami memakainya untuk
rekonstruksi dan mengonfirmasi hasilnya.

Karena ada banyak gambar yang memungkinkan

yang sangat cocok
dengan pengukuran teleskop kami,

kami harus memilih di antaranya.

Kami lakukan dengan mengurutkan gambar

berdasarkan kecocokannya
menjadi gambar lubang hitam

lalu memilih satu yang paling cocok.

Apa sesungguhnya yang saya maksud?

Katakanlah kita mencoba membuat model

yang menentukan kemungkinan suatu gambar
muncul di Facebook.

Mungkin kita mau model itu berkata

tidak mungkin seseorang akan mempos
gambar tidak jelas di kiri ini

dan sangat mungkin seseorang
mempos swafoto seperti di kanan ini.

Gambar di tengah kabur.

Jadi, walau mungkin kita melihatnya
di Facebook dibanding gambar tak jelas,

mungkin lebih tak mungkin kita melihatnya
dibanding swafoto.

Tetapi dalam kasus gambar lubang hitam,

kami menghadapi masalah
kami tak pernah melihat lubang hitam.

Lalu, apa yang mirip
dengan gambar lubang hitam

dan asumsi apa yang kami pakai
untuk struktur lubang hitam?

Kami bisa memakai gambar
dari simulasi kami,

seperti gambar lubang hitam
di Interstellar,

tetapi jika kami lakukan,
akan menimbulkan masalah serius.

Apa yang akan terjadi
jika teori Einstein tergoyahkan?

Kami masih ingin merekonstruksi
gambar akurat dari yang sebenarnya.

Jika kita taruh persamaan Einstein
terlalu banyak di algoritma kami,

kami akan melihat apa yang kami harapkan.

Dengan kata lain,
kami ingin banyak pilihan terbuka

seperti ada gajah raksasa
di pusat galaksi kita.

(Tawa)

Berbagai tipe gambar memiliki
fitur yang khas.

Kami bisa menyatakan perbedaan
antara gambar simulasi lubang hitam

dan gambar yang kami ambil
tiap hari di bumi.

Kami ingin algoritma kami
tahu seperti apa gambarnya

tanpa terlalu memaksakan satu tipe gambar.

Satu cara kami melakukannya

adalah dengan memasukkan fitur-fitur
bagian yang berbeda dari gambar

dan melihat bagaimana tipe gambar
asumsi kami mempengaruhi rekonstruksi.

Jika semua tipe gambar memproduksi
gambar yang mirip,

maka kami bisa mulai yakin

bahwa asumsi gambar kami
tidak membuat gambar ini sangat bias.

Ini seperti memberi deskripsi yang sama

ke tiga seniman sketsa dari seluruh dunia.

Jika mereka membuat wajah
yang semuanya mirip,

maka kita bisa mulai percaya

bahwa mereka tidak memaksakan
bias kebudayaan mereka pada gambar.

Satu cara kita bisa memaksakan
fitur-fitur berbagai gambar adalah

menggunakan bagian gambar yang ada.

Jadi, kami mengumpulkan banyak gambar

dan memecahnya jadi gambar-gambar kecil.

Lalu kami bisa anggap gambar kecil itu
seperti keping teka-teki.

Kemudian kami gabungkan
kepingan yang cocok menjadi gambar

yang juga cocok dengan
pengukuran teleskop kami.

Beragamnya tipe gambar memiliki
padanan kepingannya sendiri.

Apa yang terjadi jika
kami mengambil data yang sama

tetapi menggunakan kepingan yang berbeda
untuk merekonstruksi gambar?

Mari mulai dengan simulasi gambar
kepingan teka-teki lubang hitam.

Ini tampak masuk akal.

Ini mirip dengan gambaran kita
akan gambar lubang hitam.

Tetapi apa itu hasil dari

memberikan sejumlah kecil
potongan gambar simulasi lubang hitam?

Mari coba kepingan lainnya

dari objek astronomis bukan lubang hitam.

Kita mendapat gambar yang mirip.

Lalu bagaimana dengan kepingan
gambar sehari-hari,

seperti gambar yang Anda ambil
dari kamera pribadi?

Bagus, gambarnya sama.

Saat kita mendapat gambar yang sama
dari kepingan gambar yang berbeda,

maka kami bisa mulai yakin

asumsi gambar yang kami buat

tidak memiliki bias yang besar
untuk gambar akhirnya.

Hal lain yang bisa dilakukan adalah
mengambil kepingan yang sama,

seperti gambar dari hal sehari-hari,

dan pakai untuk rekonstruksi
berbagai berbagai jenis gambar sumber.

Dalam simulasi kami,

kami anggap lubang hitam tampak seperti
objek astonomis bukan lubang hitam

dan gambar hal sehari-hari tampak seperti
gajah di tengah galaksi kita.

Saat hasil algoritma kami
di bawah tampak sangat mirip

dengan gambar hasil simulasi di atas,

maka kami mulai yakin pada algoritma kami.

Saya ingin menekankan

bahwa semua gambar ini dibuat

dengan menyatukan kepingan kecil
foto hal sehari-hari,

seperti gambar yang Anda ambil
dari kamera pribadi.

Jadi, gambar lubang hitam
yang belum pernah kita lihat

mungkin dapat dibuat dengan menyatukan
gambar yang kita lihat sepanjang waktu,

seperti orang, bangunan, pohon,
kucing, dan anjing.

Ide gambaran seperti ini membuat kami bisa

mengambil gambar pertama lubang hitam

dan semoga bisa membuktikan
teori terkenal itu

yang diandalkan para ilmuwan
sehari-sehari.

Tetapi tentu saja,
keberhasilan kreasi gambar seperti ini

takkan mungkin tanpa
tim peneliti luar biasa

dan saya merasa terhormat
bekerja dengan mereka.

Saya masih merasa takjub

walau saya memulai proyek ini
tanpa latar belakang astrofisika,

tetapi pencapaian kami
melalui kolaborasi unik ini

menghasilkan gambar lubang hitam pertama.

Kesuksesan proyek besar
seperti Event Horizon Telescope

karena semua kontribusi
keahlian interdisiplin

dari berbagai orang di tim kami.

Kami kumpulan astronom,

fisikawan, matematikawan, dan insinyur.

Ini faktor yang menjadikan
hal yang tak mungkin

dapat mungkin terjadi.

Saya ingin mendorong Anda semua keluar

dan membantu mendorong batasan
ilmu pengetahuan

walau awalnya tampak misterius bagi Anda
seperti lubang hitam.

Terima kasih.

(Tepuk tangan)