Ketika lubang hitam purba dicurigai sebagai materi gelap, alasan mereka mungkin akan berantakan. Lubang hitam kecil, yang terbentuk beberapa detik setelah alam semesta lahir, mungkin bertahan lebih lama dari yang diperkirakan, menimbulkan kecurigaan baru bahwa lubang hitam purba mungkin bertanggung jawab atas materi gelap, materi paling misterius di alam semesta.
Materi gelap saat ini merupakan salah satu masalah paling mendesak dalam fisika. Hal ini karena meskipun diperkirakan membentuk 85% materi di alam semesta, materi gelap tetap tidak terlihat oleh mata kita karena tidak berinteraksi dengan cahaya.
Karena partikel-partikel penyusun atom-atom yang menyusun benda-benda “biasa” yang dapat kita lihat, seperti bintang, planet, dan tubuh kita sendiri, secara jelas berinteraksi dengan cahaya, hal ini mendorong pencarian partikel materi gelap di luar model partikel standar. fisika. Banyak ilmuwan percaya bahwa jawabannya masih ada pada Model Standar, namun, jika kita melihat sepupu objek kosmik yang lebih kecil, kita biasanya melihatnya sebagai objek yang sangat masif, bahkan mengerikan: lubang hitam.
Terkait: Pemandangan baru lubang hitam supermasif di jantung Bima Sakti mengisyaratkan fitur tersembunyi yang menarik (gambar)
Ilmuwan Institut Max Planck Valentina Thomas Dan Anna Fernandez Alexander Dari Universitas Lisbon, dua peneliti baru-baru ini berpartisipasi dalam penelitian serupa. Mereka berhipotesis bahwa lubang hitam kecil yang muncul lebih dari 13,8 miliar tahun yang lalu, segera setelah Big Bang, dan tidak lebih besar dari proton, bisa saja menyatu menjadi materi gelap tanpa memerlukan ilmu fisika baru.
Perubahan pemikiran baru-baru ini mengenai bagaimana lubang hitam “menguap” tidak hanya mengarah pada penilaian ulang terhadap kelayakan lubang hitam primordial karena dugaan adanya materi gelap, namun seiring dengan pencarian partikel materi gelap yang terus menemui jalan buntu, hal ini bisa saja dimulai. Semakin banyak peneliti yang mengkaji teori materi gelap lubang hitam primordial dengan lebih serius.
Apa itu lubang hitam purba?
“Seperti namanya, lubang hitam primordial adalah jenis lubang hitam yang terbentuk pada awal mula alam semesta,” kata Thos kepada Space.com. “Sebenarnya, dalam sepersekian detik dari alam semesta.”
Dia menjelaskan bahwa semua struktur yang kita amati di alam semesta, mulai dari superkluster galaksi hingga galaksi di dalamnya, terbentuk oleh sedikit kelebihan kepadatan di ruang angkasa yang ada pada awal mula alam semesta. Jika alam semesta awal mengalami fluktuasi kepadatan yang jauh lebih kuat daripada fluktuasi yang menciptakan fitur-fitur ini, dan fluktuasi ini runtuh sebelum galaksi benar-benar terbentuk, titik-titik yang sangat padat tersebut bisa saja merangsang lubang hitam purba.
Tergantung pada kapan keruntuhan ini terjadi serta ukuran keruntuhannya, lubang hitam purba ini akan memiliki massa yang sangat berbeda, tambah Thos. Lubang hitam purba yang dianggap oleh Thos dan Fernandez-Alexander sebagai kandidat materi gelap akan memiliki massa antara beberapa ton dan seribu ton, tepatnya, yang lebih kecil dari massa sebuah planet dan lebih masuk dalam kategori massa kecil. asteroid.
Mengingat lubang hitam terkecil yang ditemukan para ilmuwan sejauh ini, yang dikenal sebagai lubang hitam bermassa bintang, memiliki massa yang setara dengan 3 hingga 50 kali massa Matahari – yaitu 2,2 kali 10 pangkat 27 (22 diikuti 26 ). (Nol) ton – Lubang hitam purba ini berukuran sangat kecil.
Seperti lubang hitam yang lebih besar yang terbentuk dari runtuhnya bintang-bintang masif atau penggabungan lubang hitam yang relatif lebih kecil, menurut Fernandez-Alexander, lubang hitam purba akan memiliki batas luar yang memerangkap cahaya yang disebut cakrawala peristiwa. Diameter cakrawala ini ditentukan oleh massa lubang hitam, yang berarti cakrawala peristiwa akan menjadi sangat kecil dalam kasus tersebut. “Lebih kecil dari jari-jari proton,” kata Fernandez-Alexander.
Lubang hitam primordial kecil sebelumnya dikesampingkan sebagai kandidat materi gelap karena semua lubang hitam diperkirakan “membocorkan” sejenis radiasi termal yang pertama kali dihipotesiskan oleh Stephen Hawking pada tahun 1974 dan kemudian disebut “radiasi Hawking”.
Semakin kecil lubang hitam, semakin cepat radiasi Hawking dapat keluar dan, oleh karena itu, semakin cepat pula radiasi tersebut menguap. Ini berarti bahwa jika lubang hitam purba memang ada, contoh terkecilnya seharusnya tidak ada saat ini, tetapi materi gelap jelas ada.
“Lubang hitam purba bermassa yang saya dan Anna pelajari sekarang dianggap tidak mungkin terjadi karena mereka diasumsikan telah menguap seluruhnya di alam semesta saat ini,” kata Thos.
Namun, karya terbaru György Dvali, fisikawan teoretis di Universitas Munich yang berkolaborasi dengan Thos dan Fernandez-Alexander, menunjukkan bahwa proses penguapan terhenti pada suatu saat. Artinya, lubang hitam primordial dengan massa yang diperkirakan para ilmuwan dapat mencapai kondisi kuasi-stabil.
“Untuk mengurangi massanya dengan memancarkan radiasi Hawking, lubang hitam harus menulis ulang informasinya, atau yang lainnya. Dan proses penulisan ulang ini membutuhkan waktu,” jelas Fernandez-Alexander. “Ini disebut 'beban memori' karena memori itu sekarang harus berpindah ke hal lain, dan ini memperlambat proses penguapan secara keseluruhan. Jadi ini semacam stabilisasi.”
“Mekanisme penyelamatan” ini berarti bahwa lubang hitam primordial kembali menjadi kandidat potensial materi gelap!
Sangat mirip dengan materi gelap?
Namun, fakta bahwa lubang hitam purba ada di alam semesta saat ini tidak berarti bahwa mereka harus dianggap sebagai materi gelap. Faktanya, ada alasan lain yang menghubungkan lubang hitam hipotetis kecil ini dengan kandungan materi misterius di alam semesta.
Mungkin hubungan yang paling jelas adalah materi gelap tidak berinteraksi dengan cahaya. Materi gelap tidak memancarkan atau memantulkan cahaya, dan cakrawala peristiwa yang membatasi semua lubang hitam menandai titik di mana kecepatan lepas yang diperlukan untuk melintasinya melebihi kecepatan cahaya. Ini berarti bahwa lubang hitam purba akan “menangkap” semua cahaya yang datang, sehingga mengakibatkan kurangnya interaksi.
“Jika mereka cukup ringan, maka di suatu tempat di sekitar massa planet, lubang hitam purba berperilaku seperti partikel materi gelap untuk semua tujuan yang kita pedulikan,” kata Thos. “Materi gelap 'tidak bertabrakan' dalam model standar, sehingga partikel materi gelap tidak berinteraksi satu sama lain hingga mempengaruhi alam semesta.”
Dia menambahkan bahwa jika lubang hitam purba lebih ringan dari massa planet, maka lubang hitam tersebut, bahkan dalam skala waktu kosmik, akan sangat kecil sehingga jarang bertabrakan. Lubang hitam purba ini dapat bergabung untuk menciptakan efek gravitasi yang saat ini kita kaitkan dengan materi gelap, seperti memberikan pengaruh gravitasi yang mencegah galaksi yang berputar cepat agar tidak terhempas.
Namun, jika lubang hitam purba harus berkumpul untuk memperhitungkan efek materi gelap, apa yang bisa mencegah lubang hitam ini berkumpul dan bergabung membentuk lubang hitam yang lebih besar? Bukankah sekumpulan lubang hitam kecil pada akhirnya hanya akan menjadi lubang hitam supermasif? Hal ini telah diselidiki, dan jawabannya sederhana: “Tidak,” kata Thos.
“Bahkan jika Anda memperhitungkan penggumpalan, skala waktu penggabungannya sangat lama sehingga mereka hanya akan bergabung menjadi lubang hitam yang sangat masif sepanjang masa hidup alam semesta,” lanjutnya.
Thos menambahkan bahwa manfaat menggunakan lubang hitam primordial sebagai penjelasan materi gelap adalah, tidak seperti mengusulkan partikel hipotetis seperti sumbu untuk menjelaskan teka-teki, lubang hitam primordial tidak memerlukan perluasan model standar fisika partikel. Penjelasan terbaik kita tentang alam semesta ada pada skala subatom.
Namun, akan sangat sulit untuk memastikan lubang hitam primordial sebagai materi gelap jika memang dapat menjelaskan fenomena ini. Sekali lagi, sifatnya yang memerangkap cahaya membuat mereka tidak terlihat. Selain itu, dengan ukuran sekecil itu, mereka tidak memiliki efek gravitasi sebesar bintang dan supermasif.
Meski begitu, jika sekelompok lubang hitam purba ditemukan, tidak ada cara nyata untuk membedakan antara banyak lubang hitam kecil dan satu lubang hitam besar.
Terlepas dari kesulitan ini, Thos dan Fernandez-Alexander berniat untuk tetap berada di ujung lubang hitam purba — setidaknya secara teori. Jika kandidat materi gelap terus gagal muncul, mungkin jawabannya adalah mendorong lebih banyak fisikawan untuk mulai melihat pagar metaforis antara fisika partikel dan kosmologi.
“Saya tidak bisa mengatakan bahwa lubang hitam primordial pernah dikesampingkan sebagai kandidat materi gelap, namun mereka telah diabaikan untuk sementara waktu,” kata Fernandez-Alexander. “Sekarang, dengan fakta bahwa kita belum benar-benar mendeteksi partikel materi gelap, saya pikir opsi ini menjadi semakin tepat untuk dipertimbangkan.”
“Penyelenggara amatir. Penginjil bir Wannabe. Penggemar web umum. Ninja internet bersertifikat. Pembaca yang rajin.”
More Stories
Fisikawan mengatakan mereka mungkin telah mendeteksi kesalahan besar di alam semesta
Astronot bersiap untuk peluncuran pertama mereka
Modul surya yang mengorbit menangkap mahkota halus Matahari dengan detail yang menakjubkan [Video]