Ilmuwan Temukan Model Lubang Hitam Tanpa Singularitas, Apa Artinya?

TIM ilmuwan mengembangkan model lubang hitam yang menghilangkan salah satu aspek paling membingungkan dalam fisika: singularitas pusat, titik di mana semua teori, hukum, dan model kita runtuh.

Lubang Hitam: Misteri yang Tak Terpecahkan

Jika seseorang ingin menciptakan objek yang penuh misteri sekaligus mengganggu, lubang hitam adalah pilihan terbaik. 

Pertama, batas luar lubang hitam dikenal sebagai cakrawala peristiwa, permukaan jebakan cahaya satu arah di mana gravitasi begitu kuat sehingga bahkan cahaya pun tidak dapat lolos. Ini berarti tidak ada informasi yang bisa keluar dari dalam lubang hitam, sehingga kita tidak pernah bisa mengamati atau mengukur langsung apa yang ada di dalamnya.

Baca juga : Teori Loop Quantum Gravity: Solusi Paradoks Informasi Lubang Hitam dan Misteri Lubang Putih

Dengan menggunakan matematika dari teori relativitas umum Einstein tahun 1915, para ilmuwan dapat memodelkan interior lubang hitam. Namun, saat mereka melakukan ini, teori tersebut menunjukkan semua nilai matematika akan menuju ke tak terhingga di singularitas di pusat lubang hitam.

Penelitian terbaru ini menunjukkan lubang hitam tanpa singularitas mungkin bukan sekadar angan-angan. "Singularitas adalah bagian paling misterius dan problematik dari lubang hitam. Itu adalah titik di mana konsep ruang dan waktu kita tidak lagi masuk akal," ujar Robie Hennigar, anggota tim studi dari Universitas Durham, Inggris, kepada Space.com. "Jika lubang hitam tidak memiliki singularitas, maka mereka jauh lebih biasa."

Dilema Singularitas dalam Fisika

Teori relativitas umum Einstein menyatakan objek dengan massa akan membelokkan ruang-waktu, dan gravitasi muncul dari kelengkungan ini. Semakin besar massa, semakin ekstrem kelengkungan ruang-waktu, dan semakin kuat gravitasi yang dihasilkannya. Semua ini dihitung dengan persamaan medan Einstein, dasar dari relativitas umum.

Baca juga : Menyublim Adalah: Proses Fisika yang Menarik

"Persamaan ini sangat sukses, karena mampu memprediksi berbagai fenomena kosmik, dari pergerakan planet hingga evolusi alam semesta dan keberadaan lubang hitam," jelas Pablo Antonio Cano Molina-Niñirola dari Institut Ilmu Kosmos Universitas Barcelona. "Namun, persamaan ini juga memprediksi adanya singularitas, dan itu menjadi masalah."

Lubang hitam pertama kali muncul dalam solusi terhadap persamaan medan Einstein yang diajukan fisikawan Karl Schwarzschild tahun 1915. Namun, solusi ini menuju ke tak terhingga di pusat lubang hitam. Para fisikawan tidak menyukai hasil tak terhingga karena itu menunjukkan adanya cacat dalam model mereka atau sesuatu yang tidak masuk akal secara fisik.

"Di dalam lubang hitam, ruang-waktu runtuh seperti alam semesta yang menyusut, dan singularitas adalah titik di mana ruang itu sendiri berhenti ada," tambah Molina-Niñirola.

Baca juga : Gaia BH1, Lubang Hitam Terdekat yang Ditemukan Hanya 1.560 Tahun Cahaya dari Bumi

Banyak fisikawan percaya ketika gravitasi menjadi sangat kuat dan ruang-waktu sangat melengkung, relativitas umum harus digantikan teori yang lebih fundamental. Diyakini teori gravitasi kuantum akan memberikan solusi yang dapat menyatukan relativitas umum dan mekanika kuantum.

"Harapannya adalah dalam teori lengkap ini, singularitas lubang hitam akan dihilangkan," kata Molina-Niñirola. "Model kami menawarkan pendekatan ke arah itu, tetapi alih-alih menggunakan teori gravitasi kuantum lengkap, kami menggunakan 'teori efektif,' yaitu teori gravitasi klasik yang menangkap efek dari gravitasi kuantum."

Pendekatan ini melibatkan modifikasi persamaan medan Einstein sehingga gravitasi berperilaku berbeda dalam kondisi ruang-waktu yang sangat melengkung. Hasilnya adalah penghapusan singularitas pusat dalam lubang hitam.

Baca juga : Penemuan JWST Mengungkap Alam Semesta Mungkin Berasal dari Lubang Hitam

Apa yang Ada di Dalam Lubang Hitam Jika Tidak Ada Singularitas?

Menurut teori baru ini, tidak ada singularitas di pusat lubang hitam. Jadi, apa yang ada di sana? "Dalam model kami, keruntuhan ruang-waktu berhenti, dan singularitas digantikan oleh wilayah statis yang sangat melengkung di inti lubang hitam," kata Molina-Niñirola. "Wilayah ini tetap diam, artinya seorang pengamat secara hipotetis bisa berada di sana—tentu saja jika mereka mampu bertahan dari gaya gravitasi yang luar biasa besar namun tetap terbatas."

Jika model ini benar, bagian dalam lubang hitam akan berupa ruang-waktu yang melengkung tanpa adanya materi.

"Secara teknis, lubang hitam ini adalah ruang vakum murni," kata Hennigar. "Tidak ada materi yang diperlukan untuk membentuknya, meskipun bisa ditambahkan jika diinginkan."

Bahkan jika konsep lubang hitam ini terbukti benar, pencarian model gravitasi kuantum yang valid tetap berlanjut.

"Keruntuhan bintang terjadi sepanjang waktu di alam semesta kita. Ini adalah proses fisik yang tak terhindarkan. Tetapi peristiwa umum ini justru mendorong kita melampaui pemahaman fisika saat ini," tambah Hennigar.

Apakah Misteri Lubang Hitam Terpecahkan?

Jika penelitian ini benar, singularitas dalam lubang hitam mungkin bukan lagi misteri yang tidak terpecahkan. Namun, ini justru membuka banyak pertanyaan baru.

"Menurut model kami—dan beberapa teori lain—materi yang jatuh ke dalam lubang hitam pada akhirnya akan keluar melalui white hole yang berada di alam semesta lain atau di wilayah terpisah dari alam semesta yang sama," kata Molina-Niñirola.

White hole adalah kebalikan dari lubang hitam: sebuah wilayah di mana materi dan energi hanya bisa keluar, tetapi tidak bisa masuk. Jika singularitas tidak ada, maka segala sesuatu yang masuk ke lubang hitam pada akhirnya harus keluar.

Tentu saja, teori ini masih perlu diuji. Bagaimana cara membuktikannya?

Salah satu pendekatan adalah dengan mengamati gelombang gravitasi—riakan dalam ruang-waktu—yang dapat memberikan petunjuk tentang kondisi gravitasi ekstrem di sekitar lubang hitam.

Selain itu, teori ini juga memiliki implikasi bagi pencarian materi gelap.

"Jika lubang hitam tidak memiliki singularitas, maka hasil akhir dari penguapan lubang hitam melalui radiasi Hawking adalah lubang hitam mikroskopis," jelas Molina-Niñirola. "Lubang hitam mikroskopis ini bisa menjadi kandidat materi gelap. Jika materi gelap ternyata terdiri dari lubang hitam kecil, ini bisa menjadi bukti tidak langsung bahwa singularitas memang tidak ada."

Teori baru ini berpotensi merevolusi pemahaman kita tentang lubang hitam dengan menghilangkan singularitas pusatnya. Jika terbukti benar, ini bisa mengarah pada pemahaman yang lebih dalam tentang gravitasi kuantum dan asal-usul alam semesta. Namun, masih banyak pertanyaan yang harus dijawab, dan penelitian lebih lanjut diperlukan untuk mengonfirmasi kebenaran teori ini. (Space/Z-2)