Jejak Partikel 'Mustahil' 2023: Benarkah Berasal dari Ledakan Lubang Hitam Purba?

TAHUN 2023, sebuah partikel dengan energi luar biasa menghantam Bumi dan memicu tanda tanya besar di kalangan ilmuwan. Partikel tersebut adalah neutrino dengan tingkat energi 100.000 kali lebih besar daripada yang bisa dihasilkan Large Hadron Collider (LHC), akselerator partikel terkuat di dunia.

Kini, tim peneliti dari University of Massachusetts Amherst menawarkan penjelasan yang memukau. Partikel "mustahil" ini kemungkinan besar adalah puing-puing dari ledakan lubang hitam purba yang terbentuk saat peristiwa Big Bang. Jika teori ini terbukti, kita tidak hanya mengonfirmasi keberadaan lubang hitam purba, tetapi juga menemukan kunci untuk memahami materi gelap (dark matter).

Teori Ledakan dan Radiasi Hawking

Dasar dari teori ini terletak pada fenomena yang disebut Radiasi Hawking. Fisikawan Stephen Hawking pada  1974 mengusulkan lubang hitam tidak sepenuhnya "hitam", melainkan membocorkan radiasi termal secara perlahan. Semakin kecil massa lubang hitam, semakin panas suhunya, dan semakin cepat ia kehilangan massa hingga akhirnya meledak.

Baca juga : Ilmuwan Usulkan Teori Baru Dark Matter: Lubang Hitam Mini dan Cakrawala Kosmik

Lubang hitam biasa (bermassa bintang) membutuhkan waktu jauh lebih lama dari usia alam semesta untuk meledak. Namun, lubang hitam purba berbeda. Mereka lahir dari kepadatan materi sesaat setelah Big Bang dan memiliki massa yang sangat kecil, setara planet atau asteroid, sehingga cukup panas untuk meledak dalam skala waktu yang bisa kita amati.

"Semakin ringan sebuah lubang hitam, semakin panas suhunya dan semakin banyak partikel yang akan dipancarkannya," jelas anggota tim peneliti, Andrea Thamm. "Saat lubang hitam purba menguap, mereka menjadi semakin ringan, dan karenanya semakin panas, memancarkan lebih banyak radiasi dalam proses yang tak terkendali hingga meledak. Radiasi Hawking itulah yang dapat dideteksi oleh teleskop kita."

Teka-teki "Dark Charge" dan Materi Gelap

Neutrino raksasa ini terdeteksi oleh jaringan detektor KM3NeT di Laut Mediterania. Namun, ada satu keganjilan: detektor serupa bernama IceCube di Kutub Selatan tidak menangkap sinyal serupa. Untuk menjelaskan perbedaan ini, para peneliti mengusulkan model baru bernama quasi-extremal primordial black hole yang memiliki "muatan gelap" (dark charge).

Baca juga : Materi Gelap Ternyata Lahir dalam Kondisi "Panas"?

Dark charge ini merupakan versi gaya elektromagnetik yang dibawa oleh partikel hipotetis yang jauh lebih berat dari elektron biasa, yang disebut "elektron gelap". Model kompleks ini dianggap mampu menjelaskan fenomena yang sebelumnya tidak terjelaskan oleh teori standar.

"Mengamati neutrino berenergi tinggi tersebut adalah peristiwa yang luar biasa," kata peneliti Michael Baker. "Ini memberi kita jendela baru ke alam semesta. Tapi kita sekarang bisa saja berada di ambang pembuktian eksperimental Radiasi Hawking, memperoleh bukti bagi lubang hitam purba dan partikel baru di luar Model Standar, serta menjelaskan misteri materi gelap."

Materi gelap selama ini menjadi teka-teki karena tidak berinteraksi dengan cahaya, meskipun jumlahnya lima kali lebih banyak dari materi biasa. Jika lubang hitam purba dengan muatan gelap ini benar-benar ada, mereka bisa menjadi kandidat kuat penyusun seluruh materi gelap yang hilang di alam semesta.

"Jika muatan gelap yang kami hipotesiskan benar, maka kami percaya mungkin ada populasi signifikan dari lubang hitam purba, yang akan konsisten dengan pengamatan astrofisika lainnya, dan menjelaskan seluruh materi gelap yang hilang di alam semesta," pungkas peneliti Joaquim Iguaz Juan.

Penelitian ini telah diterima untuk dipublikasikan dalam jurnal ilmiah bergengsi, Physical Review Letters. (Space/Z-2)