DETIKEPRI.COM, SAINS – Populasi lubang hitam purba yang belum terlihat mungkin bersembunyi di seluruh alam semesta. Jika memang ada, lubang kosmik tanpa dasar ini akan memiliki banyak kesamaan dengan jenis lubang hitam yang diketahui.
Namun tidak seperti lubang hitam yang diketahui, jenis misterius ini akan terbentuk tepat setelah Big Bang — sebelum bintang dan galaksi terbentuk.
Lubang hitam yang terbentuk lebih awal seperti itu akan menjadi lubang hitam purba.
Para ilmuwan telah bertanya-tanya selama beberapa dekade apakah objek eksotis seperti itu ada. Namun, baru-baru ini ada lonjakan minat untuk menemukannya — dan mungkin ada banyak tanda yang dapat dicari.
Lubang hitam purba di seluruh alam semesta dapat membocorkan energi. Gravitasi mereka dapat membelokkan cahaya bintang. Beberapa bahkan mungkin melahap bintang dari dalam ke luar.
Ahli kosmologi Bernard Carr memperkirakan kita akan tahu apakah lubang hitam purba itu ada dalam dekade berikutnya. “Saya berani bertaruh, katakanlah 60 atau 70 persen bahwa lubang hitam itu ada,” kata Carr, di Universitas Queen Mary London di Inggris. “Itu sebagian hanya angan-angan, karena saya lebih suka lubang hitam itu ada.”
Jika lubang hitam purba memang ada, mereka dapat membantu memecahkan beberapa teka-teki. Salah satunya adalah pola tak terduga yang terlihat pada riak-riak di ruangwaktu, atau gelombang gravitasi, dari penggabungan lubang hitam.
Yang lainnya adalah bagaimana lubang hitam supermasif di pusat galaksi menjadi begitu besar dan cepat dalam sejarah kosmik. Lalu ada salah satu misteri terbesar dalam kosmologi: Apa itu materi gelap?
Zat yang sulit dipahami ini enam kali lebih melimpah daripada semua benda biasa yang kita ketahui — mulai dari manusia hingga planet hingga pizza. Gravitasi materi gelap diperkirakan membantu menyatukan galaksi.
Namun karena tampaknya tidak menyerap, memantulkan, atau memancarkan cahaya apa pun, ia tidak dapat dilihat. Dan meskipun telah dilakukan penelitian selama puluhan tahun, belum ada yang tahu apa itu.
Lubang hitam purba dapat menjelaskan sebagian atau semua materi gelap di luar sana.
Mereka juga memiliki gravitasi yang kuat tetapi tidak dapat dilihat. Namun pertama-tama, para ilmuwan harus mencari tahu apakah lubang hitam purba tersebut ada.
Mengapa semua kehebohan ini?
Era baru kegembiraan tentang lubang hitam purba berawal dari tahun 2016. Tahun itu, para ilmuwan berbagi deteksi pertama gelombang gravitasi. Gelombang tersebut dihasilkan oleh sepasang lubang hitam yang saling bertabrakan.
Hingga saat itu, hanya dua jenis lubang hitam yang diketahui keberadaannya dalam jumlah besar. Salah satu jenisnya adalah lubang hitam “bintang”.
Jenis ini terbentuk ketika bintang yang sangat masif kehabisan bahan bakar dan intinya runtuh dengan sendirinya. Lubang hitam bintang umumnya memiliki massa antara lima dan 10 kali massa matahari.
Jenis lubang hitam umum kedua adalah lubang hitam “supermasif”. Lubang hitam ini berada di pusat galaksi dan beratnya bisa mencapai miliaran kali berat matahari. Monster kosmik semacam itu mungkin terbentuk dari runtuhnya awan gas yang sangat besar. Atau mungkin terbentuk melalui penggabungan banyak lubang hitam bintang.
Namun, gelombang gravitasi pertama yang terdeteksi berasal dari lubang hitam yang masing-masing beratnya sekitar 30 matahari. Dengan kata lain, lubang hitam itu lebih besar dari lubang hitam bintang pada umumnya. Namun, lubang hitam itu tidak cukup besar untuk menjadi supermasif.
Simeon Bird ingat pernah bingung dengan massa. Ahli kosmologi ini bekerja di University of California, Riverside. Ia bertanya-tanya: Mengapa gelombang gravitasi pertama yang diketahui berasal dari lubang hitam dengan ukuran yang tampaknya langka? Tentunya, deteksi pertama lebih mungkin berasal dari lubang hitam dengan ukuran yang lebih umum.
“Mungkin itu lubang hitam purba,” kenang Bird sambil tertawa. “Ide yang konyol.”
Namun, Bird dan yang lainnya segera menyadari bahwa itu mungkin tidak sebodoh itu.
Sejak saat itu, fitur-fitur aneh lainnya telah muncul. Gelombang pertama ditangkap oleh detektor berbasis di AS yang disebut LIGO.
(Kependekan dari Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory.) Detektor Virgo dari Italia dan detektor KAGRA dari Jepang telah bergabung dalam perburuan. Sejauh ini, mesin-mesin ini telah menemukan lebih dari 80 penggabungan lubang hitam — yang telah menimbulkan banyak pertanyaan baru.
Beberapa ilmuwan bingung dengan putaran lubang hitam yang lambat. Yang lain bingung dengan jumlah penggabungan antara lubang hitam dengan massa yang sangat berbeda. Yang lain lagi tertarik dengan seberapa sering lubang hitam tampaknya bergabung melintasi waktu kosmik.
“Ada banyak sifat yang aneh,” kata Sébastien Clesse. Ahli kosmologi ini bekerja di Université Libre de Bruxelles di Belgia. Lubang hitam primordial dapat membantu menjelaskan temuan yang tidak terduga, katanya.
Cara membuat lubang hitam purba
Dalam sepersekian detik setelah Big Bang, alam semesta tidak lain hanyalah bola energi yang panas dan padat. Kemudian, alam semesta mengembang — semakin cepat.
Alam semesta tumbuh dengan faktor setidaknya 1025 dalam waktu kurang dari sepersejuta triliun triliun triliun detik. Pembengkakan supercepat itu dikenal sebagai inflasi.
Selama waktu ini, variasi kecil dalam kepadatan energi alam semesta juga dapat tumbuh pesat. Faktanya, beberapa kantong alam semesta mungkin menjadi sangat padat sehingga dapat runtuh menjadi lubang hitam.
Ini hanyalah salah satu cara lubang hitam purba terbentuk, sekitar 13,8 miliar tahun yang lalu. Gagasan lain melibatkan fisika yang lebih aneh lagi.
Namun, yang benar-benar Anda perlukan untuk membuat lubang hitam purba adalah kepadatan energi yang besar, kata Florian Kühnel. Ia adalah fisikawan teoretis di Institut Fisika Max Planck. Institut itu berada di Munich, Jerman.
Jika memang terbentuk, lubang hitam purba akan memiliki rentang massa yang jauh lebih luas daripada yang terlihat saat ini. Ada lubang hitam yang massanya kira-kira sebesar rusa kutub.
Yang lain massanya mungkin sebesar Gunung Everest. Yang lain lagi massanya mungkin sebesar asteroid, planet, dan bintang — atau sejuta bintang.
Beberapa lubang hitam purba tersebut mungkin berada di balik temuan gelombang gravitasi yang tak terduga. Namun, bukti yang ada sama sekali tidak jelas. Mungkin ada penjelasan lain berdasarkan fisika yang diketahui.
Berburu dengan gelombang gravitasi
Ada dua tanda yang disetujui sebagian besar ilmuwan sebagai petunjuk adanya lubang hitam purba.
Yang pertama adalah lubang hitam yang terbentuk sebelum bintang dan galaksi pertama terbentuk. Mungkin dalam seratus juta tahun pertama setelah Big Bang. Dalam astronomi, melihat jauh sama dengan melihat ke masa lalu. Inilah alasannya.
Gelombang gravitasi yang datang dari tempat yang sangat jauh membutuhkan waktu yang sangat lama untuk mencapai kita. Jadi, para ilmuwan tahu bahwa gelombang apa pun yang ditangkap dari tempat yang sangat jauh pasti telah terbentuk sejak lama. Gelombang semacam itu dapat memberi tahu para peneliti tentang apa yang terjadi di alam semesta yang sangat awal.
Detektor gelombang gravitasi yang ada tidak dapat melihat cukup jauh — dan karenanya cukup jauh ke masa lalu — untuk melihat kosmos sebelum bintang-bintang pertama. Namun, detektor masa depan mungkin dapat melakukannya.
Salah satu detektor tersebut adalah observatorium gelombang gravitasi LISA yang berbasis di luar angkasa. Observatorium tersebut direncanakan akan diluncurkan pada tahun 2030-an. Dua detektor lainnya adalah Teleskop Einstein dan Cosmic Explorer.
Alat-alat tersebut dapat mencari lubang hitam purba dari alam semesta yang sangat kuno sebelum bintang dan galaksi pertama terbentuk.
Tanda jelas kedua dari lubang hitam purba adalah lubang hitam yang beratnya kira-kira sama dengan matahari atau kurang. Itu karena lubang hitam bintang diyakini terbentuk melalui keruntuhan bintang yang massanya beberapa kali lipat massa matahari.
“Jika LIGO menemukan lubang hitam bermassa satu matahari, maka semua orang akan yakin bahwa lubang hitam purba itu nyata,” kata Earl Bellinger. Ahli astrofisika bintang ini bekerja di Universitas Yale di New Haven, Conn.
Tidak ada cara lain yang disepakati untuk membentuk lubang hitam sebesar itu, katanya. “Dan jika massanya kurang dari satu matahari, bahkan lebih baik.” Detektor gelombang gravitasi yang ada mungkin dapat mendeteksi lubang hitam seukuran matahari. Teleskop Einstein dan Cosmic Explorer akan mempercepat pencarian.
Lubang hitam di dalam bintang
Gelombang gravitasi mungkin bukan satu-satunya cara untuk menemukan lubang hitam purba. Beberapa fisikawan bertanya-tanya apa yang akan terjadi jika lubang hitam purba kecil mengintai di dalam bintang. Lubang hitam itu mungkin memiliki efek yang dapat diamati pada bintang.
Namun, efek apa yang mungkin terjadi masih menjadi misteri. Para ilmuwan tidak tahu seberapa cepat lubang hitam dengan massa seukuran bulan atau asteroid akan tumbuh dan berkembang di dalam bintang. Tidak jelas apakah cahaya bintang dapat lolos dari gravitasi lubang hitam.
“Lubang hitam memiliki prasmanan sepuasnya, yaitu plasma bintang. Dan Anda mungkin berpikir bintang itu akan jatuh ke dalamnya, yang mungkin terjadi,” kata Bellinger. “Tetapi jika jatuh hampir miring, Anda berharap segala sesuatu di sekitarnya akan memanas. Jika memanas, ia memberikan tekanan dan sebagian [cahaya] mengalir keluar.”
Bellinger dan rekan-rekannya baru-baru ini meneliti beberapa skenario untuk bintang dengan lubang hitam di dalamnya. Bintang-bintang berhati gelap seperti itu disebut bintang Hawking.
“Skenario yang paling menyenangkan adalah jika energinya benar-benar keluar,” kata Bellinger. Dalam kasus itu, Anda akan melihat jenis bintang raksasa merah yang dikenal sebagai bintang merah yang tersesat.
Ada penjelasan lain, selain lubang hitam, untuk kemunculan bintang-bintang tersebut. Namun, studi tentang sinyal cahaya dari bintang-bintang ini dari waktu ke waktu dapat membedakan bintang Hawking dari bintang-bintang merah yang tersesat lainnya.
Lubang hitam telah hilang tetapi tidak terlupakan
Bahkan mungkin ada cara untuk menemukan beberapa lubang hitam purba yang sudah tidak ada lagi.
Satu tim baru-baru ini meneliti pembentukan lubang hitam purba sedikit setelah inflasi, tetapi masih sangat awal dalam sejarah kosmik. Katakanlah, hanya sekitar 10−20 detik setelah Big Bang. Pada saat itu, partikel yang dikenal sebagai quark dan gluon melayang bebas di alam semesta. Mereka belum terikat bersama untuk membentuk proton dan neutron yang sekarang membentuk atom.
Saat lubang hitam purba terbentuk, mereka akan menelan quark dan gluon di dekatnya. Dalam prosesnya, mereka juga akan mengambil sifat kuantum dari partikel-partikel tersebut yang disebut muatan warna.
Lubang hitam purba yang besar akan mengambil begitu banyak muatan warna sehingga muatan tersebut kemungkinan akan saling meniadakan. Itu akan membuat lubang hitam besar tidak memiliki muatan keseluruhan. Tetapi itu tidak berlaku untuk lubang hitam terkecil. Mereka mungkin akan memiliki beberapa muatan warna.
Setiap lubang hitam purba yang cukup kecil untuk memiliki muatan warna pasti sudah lama punah. Saat lubang hitam membocorkan energi ke luar angkasa, mereka kehilangan massa. Jadi, mereka akhirnya menguap. Namun, lubang hitam bermuatan warna yang kecil mungkin telah meninggalkan beberapa jejak. Misalnya, mereka mungkin telah memengaruhi rasio unsur-unsur ringan yang terbentuk di alam semesta awal.
Jika tanda-tanda lubang hitam bermuatan warna di masa lalu ditemukan, itu akan mengisyaratkan bahwa beberapa lubang hitam purba yang lebih besar tanpa muatan warna masih ada hingga saat ini. Dan lubang hitam purba saat ini yang dapat memecahkan misteri materi gelap.
Menjelaskan materi gelap
Lubang hitam purba telah lama dibayangi oleh kemungkinan penjelasan lain untuk materi gelap. Yaitu, bahwa beberapa partikel yang belum terlihat membentuk materi tersebut. Namun, setelah puluhan tahun mencari partikel tersebut, para ilmuwan masih belum menemukan apa pun.
Ahli kosmologi Anne Green membandingkan pencarian partikel-partikel ini dengan mencari jarum dalam tumpukan jerami. Kita sekarang hampir menemukan jarum di tumpukan jerami, kata Green dari Universitas Nottingham di Inggris. Ini tidak berarti partikel-partikel itu tidak ada. Namun, keyakinan bahwa mereka akan ditemukan mulai berkurang.
Itu mungkin berarti sudah waktunya bagi lubang hitam purba untuk bersinar.
Dalam satu hal, lubang hitam purba adalah penjelasan yang tidak terlalu mengada-ada untuk materi gelap daripada partikel misterius. Setidaknya kita tahu bahwa lubang hitam secara umum ada. Namun, menjelaskan pembentukan lubang hitam di awal alam semesta membutuhkan fisika baru. Model inflasi khas para ilmuwan tidak menciptakan variasi yang cukup ekstrem dalam kepadatan energi untuk membuat lubang hitam.
“Jika saya hanya menuliskan model inflasi, model itu tidak akan menghasilkan lubang hitam sama sekali,” kata Will Kinney. “Saya harus benar-benar melakukan kekerasan terhadap model itu agar bisa menghasilkan lubang hitam.” Kinney adalah seorang kosmolog di University of Buffalo di New York.
Saya seorang Wartawan di DETIKEPRI.COM yang dilindungi oleh Perusahaan Pers bernama PT. Sang Penulis Melayu, dan mendedikasikan untuk membuat sebuah produk berita yang seimbang sesuai kaidah Jurnalistik dan sesuai Etik Jurnalistik yang berdasarkan Undang-Undang Pers.
