Alam semesta mungkin penuh dengan lubang hitam kuno yang kecil. Dan ilmuwan bisa membuktikannya. Lubang hitam miniatur ini bisa saja terbentuk secara harfiah pada permulaan waktu, itulah sebabnya mereka disebut lubang hitam primordial atau primordial (PBH). Para peneliti "menemukan" mereka beberapa dekade yang lalu sebagai penjelasan lain yang mungkin untuk materi gelap - substansi tak terlihat yang diperkenalkan untuk memecahkan masalah perbedaan antara jumlah materi biasa dan gaya gravitasi, yang, antara lain, menjaga galaksi agar tidak hancur berantakan.
Kebanyakan teori modern mengaitkan materi gelap dengan partikel hipotetis dengan sifat khusus yang membantu mereka menghindari deteksi langsung. Namun beberapa peneliti yakin gerombolan miniatur lubang hitam yang bergerak seperti awan di angkasa memberikan penjelasan yang lebih realistis. Studi baru menjelaskan dari mana PBH ini mungkin berasal dan bagaimana astronom dapat mendeteksi tanda-tanda kelahiran mereka.
Dari mana lubang hitam kecil berasal?
Lubang hitam mungkin adalah benda luar angkasa yang paling tidak biasa dengan kepadatan yang sangat tinggi (tak terhingga). Ia terbentuk ketika materi menjadi sangat padat sehingga gaya gravitasi mengalahkan orang lain. Akibatnya, sebuah objek terbentuk yang membengkokkan ruang-waktu dengan kuat dan mengelilingi dirinya dengan cakrawala peristiwa: wilayah perbatasan bola, yang bahkan tidak dapat dilewati cahaya.
Hukum relativitas umum secara maksimal setia pada lubang hitam dan memungkinkannya ada dalam skala apa pun: peras biji poppy cukup erat, dan itu menjadi lubang hitam, dengan cakrawala peristiwa skala atom.
Lubang hitam di pusat galaksi bisa sangat besar sehingga kita bisa mendapatkan fotonya dari jarak jutaan tahun cahaya. Namun, relativitas umum tidak melarang keberadaan lubang hitam dalam ukuran berapa pun.
Oleh karena itu, sebagian besar teori, yang berasumsi bahwa lubang hitam primordial memiliki massa seperti planet kecil, dan cakrawala peristiwa seperti jeruk bali, tidak bertentangan dengan apa pun. "Ini adalah ide yang sangat aneh yang masih di ambang fisika lubang hitam dan materi gelap," kata Joey Nielsen, fisikawan di Universitas Villanova yang tidak terlibat dalam studi baru tersebut. Namun baru-baru ini, ketika teori lain yang menjelaskan materi gelap belum dikonfirmasi, beberapa peneliti telah melihat PBH lagi.
Jika lubang hitam primordial ada, pasti sudah sangat tua. Sebaliknya, secara umum, benda tertua yang masih hidup di Alam Semesta. Sejauh yang kami ketahui, hanya ada dua cara untuk membuat lubang hitam baru dari materi "normal": tabrakan atau ledakan bintang yang jauh lebih berat daripada Matahari. Untuk memahami skala: masing-masing lubang hitam yang diketahui memiliki berat yang signifikan (dan terkadang berkali-kali lipat) lebih banyak daripada seluruh tata surya.
Oleh karena itu, membuat lubang hitam kecil membutuhkan seperangkat mekanisme dan bahan yang sama sekali berbeda. Dan bahan-bahan ini adalah "bahan dari Big Bang, bahan yang sama yang menyusun bintang dan galaksi," kata Nielsen.
Segera setelah Big Bang, alam semesta yang mengembang dipenuhi dengan materi yang panas, padat, dan hampir seragam yang mengembang ke segala arah. Ada fokus kecil turbulensi dalam minuman ini - mereka masih bisa dilihat sebagai fluktuasi gelombang mikro latar belakang kosmik, sisa-sisa cahaya dari Big Bang - dan fluktuasi inilah yang mengatur struktur alam semesta saat ini.
Menemukan Lubang Hitam Kecil
Teorinya bagus, tetapi bisakah dipastikan dalam praktik? Penulis karya baru ini menulis bahwa cara termudah untuk membuktikan kebenaran teori mereka adalah dengan mencari gelombang gravitasi sekunder yang bergema di alam semesta.
Gelombang ini, jauh lebih lemah daripada gelombang gravitasi yang dihasilkan oleh lubang hitam yang bertabrakan, pasti berasal dari gangguan yang sama yang membentuk lubang hitam purba. Fluktuasi di Semesta ini pasti sangat lemah sehingga tidak terdengar oleh detektor modern. Namun, dua metode masa depan akan membantu menemukannya.
Pendekatan pertama: menggunakan beberapa pulsar. Ruang angkasa diisi dengan bintang neutron yang berputar yang dikenal sebagai pulsar, yang mengirimkan semburan energi ke Bumi saat mereka berputar. Pulsar seperti detak jam yang sangat akurat di langit, tetapi sinyalnya dapat terdistorsi oleh gelombang gravitasi. Gelombang gravitasi sekunder yang lewat antara Bumi dan pulsar akan membelokkan ruangwaktu, menyebabkan sinyal pulsar tiba sedikit lebih awal atau lebih lambat.
Dan perbedaan waktu seperti itu cukup dapat dideteksi. Sebaliknya, itu dapat dideteksi hingga saat ini: salah satu detektor radio terbesar dan paling akurat di dunia, raksasa Arecibo di Puerto Rico, benar-benar hancur dan tidak dapat dipulihkan.
Sisa-sisa teleskop Arecibo.
Tetapi bahkan jika kita tidak memiliki detektor radio lain yang sama akuratnya dalam beberapa dekade mendatang, ada rencana B: detektor gelombang gravitasi generasi berikutnya harus cukup sensitif untuk menangkap gelombang gravitasi sekunder ini, tulis para penulis.
Detektor gelombang gravitasi saat ini terkubur di bawah tanah, mencari fluktuasi ruang-waktu, mengukur perubahan waktu tempuh cahaya antara sensor yang berjarak beberapa kilometer. Tetapi berbagai efek negatif - gempa bumi kecil, gelombang laut menghantam pantai yang jauh, dan bahkan kelinci yang melompati detektor - dapat merusak sinyal.
Pada tahun 2034, Badan Antariksa Eropa berencana meluncurkan satelit Laser Interferometer Space Antenna (LISA), yang akan menjadi pendeteksi gelombang gravitasi berbasis ruang angkasa yang jauh lebih sensitif yang akan menghindari kesalahan semacam itu. Penulis karya baru tersebut menulis bahwa LISA juga harus menangkap gelombang gravitasi sekunder. Dan yang terpenting, deteksi mereka akan membuktikan bahwa PBH bertanggung jawab atas sebagian besar (jika tidak semua) materi gelap di alam semesta.
