Berita 'Radiasi Hawking' mungkin menghapus lubang hitam. Menyaksikan hal itu terjadi dapat mengungkap ilmu fisika baru.

Saat Anda membeli melalui tautan di artikel kami, Future dan mitra sindikasinya dapat memperoleh komisi.

Lubang hitam primordial (PBH), yang diperkirakan terbentuk tepat setelah Big Bang, mungkin sedang memanas dan meledak di seluruh alam semesta.

Ledakan lubang hitam ini, yang ditenagai oleh radiasi Hawking – sebuah proses kuantum di mana lubang hitam menghasilkan partikel dari ruang hampa karena medan gravitasinya yang kuat – dapat dideteksi oleh teleskop yang akan datang, saran fisikawan dalam sebuah studi baru. Dan, begitu terlihat, ledakan-ledakan eksotik ini dapat mengungkap apakah alam semesta kita mengandung partikel-partikel yang belum pernah ditemukan sebelumnya.

Lubang hitam sejak awal waktu

Sudah ada banyak bukti keberadaan lubang hitam yang massanya berkisar beberapa kali lipat matahari hingga miliaran kali massa matahari. Lubang hitam ini telah terdeteksi secara langsung melalui gelombang gravitasi yang mereka pancarkan selama penggabungan yang membantu mereka berkembang. Beberapa lubang hitam, seperti Sagitarius A* di Bima Saktibahkan secara langsung digambarkan sebagai “bayangan” oleh Event Horizon Telescope.

PBH, pertama kali diusulkan oleh Yakov Zeldovich dan Igor Novikov pada tahun 1967, diperkirakan terbentuk dalam sepersekian detik setelahnya. Ledakan Besar dan mungkin sekecil partikel subatom, menurut NASA. Berbeda dengan galaksi yang lebih besar, yang terbentuk dari keruntuhan bintang-bintang dan galaksi masif, PBH mungkin muncul dari keruntuhan wilayah ultrapadat dalam “sup purba” partikel-partikel yang sangat panas di alam semesta awal.

Jika memang ada, benda padat ini bisa memberikan penjelasan alami materi gelapentitas tak terlihat yang menyusun sekitar 85% materi di alam semesta. Namun, PBH masih sulit dipahami. Keberadaan teoretis mereka didukung oleh kombinasi model kosmologis, namun belum dapat diamati secara langsung.

Efek radiasi Hawking

Salah satu aspek paling menarik dari PBH adalah hubungannya dengan radiasi Hawking. Menurut teori kuantumlubang hitam tidak sepenuhnya “hitam”; mereka dapat memancarkan radiasi dan perlahan-lahan kehilangan massa melalui proses yang pertama kali diteorikan oleh Stephen Hawking. Emisi ini, yang dikenal sebagai radiasi Hawking, terjadi ketika pasangan partikel virtual muncul dan keluar dari ruang hampa udara di dekat tepi lubang hitam – yang merupakan “cakrawala peristiwa” (event horizon). Meskipun pasangan-pasangan ini biasanya saling memusnahkan, jika salah satu jatuh ke dalam lubang hitam, partikel lainnya dapat lepas sebagai radiasi. Seiring waktu, hal ini menyebabkan lubang hitam menguap secara bertahap.

“Untuk lubang hitam yang massanya beberapa kali lipat Matahari, radiasi Hawking hampir tidak terdeteksi,” Marco Calzaseorang ahli fisika teoretis di Universitas Coimbra di Portugal dan salah satu penulis penelitian ini, mengatakan kepada Live Science melalui email. “Tetapi lubang hitam yang lebih ringan – seperti PBH – akan jauh lebih panas dan memancarkan lebih banyak radiasi, sehingga berpotensi memungkinkan kita mendeteksi proses ini. Radiasi ini dapat mencakup berbagai partikel, dari foton, elektron, hingga neutrino.”

Terkait: Paradoks radiasi lubang hitam Stephen Hawking akhirnya bisa dipecahkan – jika lubang hitam tidak seperti yang terlihat

Ketika PBH menguap, ia kehilangan massa, menjadi lebih panas dan memancarkan lebih banyak radiasi dalam putaran umpan balik. Pada akhirnya, lubang hitam akan meledak dalam ledakan radiasi yang kuat – sebuah proses yang secara aktif dicari oleh teleskop sinar gamma dan neutrino. Meskipun belum ada ledakan pasti PBH yang terdeteksi, studi baru menunjukkan peristiwa langka ini bisa menjadi kunci untuk membuka ilmu fisika baru.

Menjajaki momen-momen akhir sebuah PBH

Dalam studi terbaru mereka, yang diterbitkan di Jurnal Fisika Energi TinggiCalzà dan rekan penulis studi João G. Rosa, juga seorang ahli fisika teoretis di Universitas Coimbra, memperkenalkan metode inovatif untuk mempelajari PBH selama tahap akhir penguapan. Dengan menganalisis sifat radiasi Hawking, keduanya mengembangkan alat untuk memperkirakan massa dan putaran PBH.

“Melacak massa dan putaran PBH saat menguap dapat memberikan petunjuk berharga tentang pembentukan dan evolusinya,” kata Rosa kepada Live Science melalui email.

Pekerjaan mereka memiliki implikasi signifikan terhadap fisika fundamental. Dalam penelitian sebelumnya, Rosa, Calzà dan kolaborator John March-Russell dari Universitas Oxford mengeksplorasi bagaimana teori string — upaya untuk menyatukan kekuatan fundamental alam dalam satu teori kuantum — dapat berdampak pada menguapnya PBH. Teori string memperkirakan keberadaan banyak partikel bermassa rendah yang disebut sumbu, yang tidak memiliki putaran intrinsik. Penelitian mereka menunjukkan bahwa emisi axion sebenarnya dapat memicu PBH, bertentangan dengan prediksi Hawking.

“PBH yang berputar akan memberikan bukti kuat mengenai sumbu eksotik ini, yang berpotensi merevolusi pemahaman kita tentang fisika partikel,” kata Calzà.

Lebih lanjut, penelitian ini menunjukkan bahwa menganalisis evolusi massa dan putaran PBH pada saat-saat terakhirnya dapat mengungkap keberadaan partikel baru lainnya. Dengan melacak spektrum radiasi Hawking, para ilmuwan mungkin dapat membedakan model fisika partikel berenergi tinggi. Teleskop neutrino, seperti IceCube, bahkan dapat membantu mengungkap partikel-partikel baru ini saat PBH meledak di luar angkasa.

“Jika kita dapat menangkap satu saja PBH yang meledak dan mengukur radiasi Hawkingnya, kita dapat mempelajari banyak hal tentang partikel baru dan berpotensi memandu rancangan akselerator partikel di masa depan,” kata Rosa.

CERITA TERKAIT

—Teleskop James Webb melihat lubang hitam 'berpesta' dengan makan 40 kali lebih cepat dari yang seharusnya

—Lubang hitam bisa jadi mendorong perluasan alam semesta, menurut studi baru

—Gambar pertama 'jantung lubang hitam' Bima Sakti memiliki kesalahan, klaim penelitian

Meskipun belum ada ledakan PBH yang terdeteksi, alat dan metode yang dikembangkan oleh tim Calzà dan Rosa dapat membuka jalan bagi penemuan di masa depan. Para peneliti menekankan bahwa eksperimen khusus mungkin tidak diperlukan, karena beberapa teleskop sinar gamma dan neutrino baru dengan sensitivitas yang belum pernah terjadi sebelumnya sedang dalam pengembangan.

“Teleskop yang akan datang dapat dengan mudah mendeteksinya jika terjadi ledakan di dekatnya. Jika kita cukup beruntung untuk mendeteksi ledakan PBH, hal ini dapat mengubah semua yang kita ketahui tentang hukum dasar alam,” kata Rosa.