优游国际

Apakah Lubang Hitam dan Materi Gelap di Alam Semesta Ini Sama?

KOMPAS.com - Lubang hitam dan materi gelap adalah dua rahasia alam semesta yang hingga kini terus menarik rasa ingin tahu para ilmuwan dunia. Namun, apakah lubang hitam dan materi gelap di luar angkasa itu sama?

Tim astrofisikawan dari University of Miami, Yale University, serta European Space Agency (ESA) baru-baru ini membuat model alternatif baru tentang bagaimana alam semesta terbentuk.

Implikasi dari penelitian mereka yakni, lubang hitam primordial yang tercipta setelah Big Bang, yang lebih kecil daripada kepala peniti hingga lubang hitam supermasif yang mencakup miliaran mil dapat menjelaskan semua materi gelap yang ada di alam semesta.

Jika teorinya terbukti benar dengan data dari Teleskop Luar Angkasa James Webb yang akan segera diluncurkan, penemuan tersebut dapat mengubah pemahaman para ilmuwan terkait asal-usul dan sifat materi gelap maupun lubang hitam.

Melansir Science Daily, Senin (20/12/2021) asisten profesor fisika di University of Miami, Nico Cappelluti mengungkapkan studi ini dilakukan untuk memprediksi bagaimana alam semesta awal terbentuk.

“Studi kami menunjukkan bahwa tanpa memperkenalkan partikel baru atau fisika baru, kami dapat memecahkan misteri kosmologi modern dari sifat materi gelap itu sendiri hingga asal-usul lubang hitam supermasif,” jelasnya.

Sebab, materi gelap yang tidak pernah diamati secara langsung kerap dianggap sebagai mayoritas materi di alam semesta dan bertindak sebagai struktur tak terlihat saat galaksi terbentuk dan berkembang.

Sebaliknya, para ilmuwan telah mengamati lubang hitam. Mereka menyebut lubang hitam menyerupai sebuah titik di ruang angkasa di mana materinya sangat padat, dan menciptakan gravitasi yang kuat.

Dijelaskan Cappelluti, studi yang akan dipublikasikan di The Astrophysical Journal ini didasarkan pada teori pada tahun 1970-an milik fisikawan Stephen Hawking dan Bernard Carr.

Keduanya berpendapat, bahwa dalam sepersekian detik pertama setelah Big Bang, fluktuasi kecil dalam kepadatan alam semesta mungkin menciptakan lanskap bergelombang dengan area 'bergumpal' yang memiliki massa berlebih. Kemudian, area yang 'bergumpal' ini akan runtuh menjadi lubang hitam.

Kendati teori tersebut tidak mendapatkan perhatian dari komunitas ilmiah, tetapi para peneliti yakin jika diubah sedikit maka teori ini dapat menguatkan riset mereka.

"Lubang hitam dengan ukuran berbeda masih menjadi misteri. Kami tidak mengerti bagaimana lubang hitam supermasif bisa tumbuh begitu besar dalam waktu yang relatif singkat sejak alam semesta ada," ujar direktur ESA, Gunther Hasinger.

Cappelluti dan timnya mengatakan model baru mereka menunjukkan bahwa bintang dan galaksi pertama akan terbentuk di sekitar lubang hitam di awal pembentukan alam semesta.

Selain itu, dikatakannya bahwa lubang hitam primordial akan memiliki kemampuan untuk tumbuh menjadi lubang hitam supermasif dengan memakan gas dan bintang di sekitarnya maupun dengan bergabung dengan lubang hitam lainnya.

"Lubang hitam primordial, jika memang ada, bisa jadi merupakan benih dari mana semua lubang hitam supermasif terbentuk, termasuk yang berada di pusat Bima Sakti," kata profesor astronomi dan fisika Yale University, Priyamvada Natarajan.

Menurut dia, studi ini sangat menarik dan menantang karena menyatukan dua permasalahan. Pertama, menyelidiki sifat materi gelap, pembentukannya, Kedua, meneliti pertumbuhan lubang hitam.

Lubang hitam primordial juga dapat memecahkan teka-teki kosmologis lainnya seperti kelebihan radiasi infra-merah, yang disinkronkan dengan radiasi sinar-X. Hal ini telah dideteksi dari sumber-sumber yang jauh dan redup di seluruh alam semesta.

Di sisi lain, misi Teleskop Luar Angkasa James Webb adalah menemukan galaksi pertama yang terbentuk di alam semesta awal dan melihat bintang-bintang yang membentuk sistem pada planet lebih dari 13 miliar tahun yang lalu.

Teleskop ini dikembangkan oleh NASA, ESA, dan Badan Antariksa Kanada untuk menggantikan Teleskop Luar Angkasa Hubble.

Para ilmuwan juga mengatakan, jika sebagaian besar lubang hitam purba dapat dibuktikan dalam waktu dekat teleskop James Webb, maka berpotensi menjelaskan semua materi gelap di alam semesta.

"Jika bintang dan galaksi pertama sudah terbentuk pada apa yang disebut 'zaman kegelapan', Webb seharusnya bisa melihat buktinya," kata Hasinger.

Keberadaan lubang hitam purba dapat dibuktikan atau bahkan dibantah dalam waktu dekat, berkat James Webb Space Telescope dan misi Laser Interferometer Space Antenna (LISA) milik ESA yang akan diumumkan di tahun 2030 mendatang.

Artinya, jika materi gelap terdiri dari lubang hitam primordial, maka lebih banyak bintang dan galaksi akan terbentuk pada zaman yang dapat dilihat oleh teleskop James Webb.

Sementara itu, LISA akan dapat menangkap sinyal gelombang gravitasi dari penggabungan awal lubang hitam purba.