[비즈한국] Salah satu misteri yang belum terpecahkan adalah, apakah lubang hitam benar-benar abadi? Stephen Hawking menunjukkan kemungkinan bahwa bahkan lubang hitam dapat memancarkan partikel dan perlahan menguap. Ini disebut Radiasi Hawking. Konsepnya adalah bahwa seperti bintang yang memancarkan cahaya karena suhunya, lubang hitam juga dapat memancarkan energi dalam bentuk radiasi benda hitam yang tepat.
Radiasi Hawking bergantung pada kelengkungan cakrawala peristiwa di sekitar lubang hitam. Lubang hitam bermassa besar memiliki cakrawala peristiwa yang sangat luas sehingga kelengkungan ruang-waktunya justru lebih kecil. Sebaliknya, lubang hitam bermassa kecil memiliki cakrawala peristiwa yang kecil, dan kelengkungannya jauh lebih tajam. Oleh karena itu, Radiasi Hawking berlangsung sangat lambat saat lubang hitam masih berat, namun menjadi sangat cepat saat lubang hitam semakin menguap dan ringan. Jika lubang hitam menjadi seringan asteroid, ia akan memancarkan cahaya yang menyilaukan dalam jumlah besar selama waktu yang sangat lama.
Baru-baru ini, ada peristiwa yang membuat para astronom bersemangat. Ini adalah peristiwa luar biasa yang menimbulkan harapan apakah akhirnya kita berhasil menangkap Radiasi Hawking yang legendaris. Bisakah mimpi terakhir Hawking, yaitu mengamati Radiasi Hawking, terbukti?
Para astronom berpendapat bahwa segera setelah Big Bang, banyak lubang hitam purba lahir di seluruh alam semesta. Semesta awal dipenuhi dengan lubang hitam purba dengan kepadatan tinggi. Mereka saling bertabrakan dengan cepat untuk tumbuh lebih besar, dan kemungkinan menjadi benih bagi lubang hitam supermasif yang berada di pusat galaksi saat ini. Jika seperti yang kita harapkan terdapat banyak lubang hitam purba yang ringan di semesta awal, tentu saja jika kita melihat ke masa lalu alam semesta yang jauh, kita seharusnya bisa menangkap kilatan cahaya menyilaukan yang mereka pancarkan, bukan?
Meskipun semuanya sudah hilang sekarang, partikel berenergi tinggi yang dipancarkan oleh lubang hitam purba yang pernah ada seharusnya masih melayang di ruang angkasa. Beberapa astronom berharap bahwa detektor pada wahana antariksa Voyager, yang telah keluar dari pengaruh angin matahari dan memulai perjalanan antarbintang, dapat menangkap jejak lubang hitam purba semacam itu. Namun sayangnya, baterai Voyager akan segera mati. Jadi, sulit untuk mengandalkan sinyal Voyager yang samar guna mencari jejak lubang hitam purba.
Namun, pada 13 Februari 2023, sebuah sinyal mengejutkan terdeteksi oleh KM3Net, detektor neutrino yang dipasang jauh di dalam Laut Mediterania. Di KM3Net, ribuan sensor optik mendeteksi jejak radiasi Cherenkov yang tersebar saat neutrino berenergi tinggi melesat cepat menembus air. KM3Net, yang dipasang di dasar laut lepas pantai Prancis dan Yunani, baru sebagian terpasang dan masih dalam tahap pembangunan. Setelah selesai sepenuhnya, detektor ini akan mengisi ruang bawah laut dengan volume total mencapai 1㎦. Ini bisa dianggap sebagai versi Super-Kamiokande yang terendam di bawah laut.
Neutrino yang tertangkap oleh detektor membawa energi luar biasa sebesar 220PeV (Peta-elektronvolt)! Untuk memahami betapa besarnya energi ini, energi partikel terkuat yang bisa dihasilkan oleh pemercepat partikel terkuat di Bumi saat ini bahkan tidak sampai 1/10.000 dari energi neutrino ini. Sebuah partikel dengan energi luar biasa yang tidak mungkin ditiru oleh manusia telah terbang dari jauh di alam semesta! Para astronom bahkan sempat berharap bahwa ini mungkin adalah jejak yang dipancarkan oleh lubang hitam purba ultra-awal yang lahir kurang dari satu detik setelah Big Bang saat ia musnah.
Berdasarkan jejak yang ditinggalkan oleh neutrino yang terdeteksi, para astronom menyimpulkan seberapa berat lubang hitam tersebut seharusnya jika pelakunya benar-benar lubang hitam purba, dan dari jarak seberapa jauh ia berasal. Hasilnya, kesimpulannya adalah bahwa itu haruslah neutrino yang dipancarkan oleh lubang hitam purba dengan massa seukuran gunung yang menguap dari jarak hanya 1,2 miliar km! Jarak ini hanya sejauh planet Saturnus. Dengan kata lain, ini berarti lubang hitam purba yang sangat kecil, bahkan tidak seukuran asteroid tetapi hanya seukuran sebuah gunung, yang entah bagaimana berhasil bertahan hidup dari satu detik setelah Big Bang hingga sekarang, masuk ke dalam tata surya secara kebetulan dan tiba-tiba musnah baru-baru ini, melepaskan partikel berenergi sangat tinggi. Ini sangat menggembirakan, tetapi di sisi lain, meragukan.
Faktanya, bukan hanya lubang hitam purba yang bisa menghasilkan neutrino berenergi tinggi. Misalnya, peristiwa ledakan kuat lainnya seperti objek ledakan sinar gamma atau ledakan supernova juga dapat memancarkan neutrino. Jika itu benar-benar neutrino yang ditinggalkan oleh lubang hitam purba yang musnah, seharusnya sinar gamma dengan tingkat yang sama terdeteksi secara terus-menerus selama beberapa jam sebelum hilangnya lubang hitam, bukan hanya saat tepat ia menghilang. Untuk membuktikan bahwa itu benar-benar lubang hitam purba, sinar gamma berenergi tinggi juga harus tertangkap dari arah yang sama tepat sebelum neutrino terdeteksi.
Sudah banyak pemburu yang menunggu neutrino dan sinar gamma di seluruh Bumi. Dalam penelitian ini, para astronom membandingkan hasil observasi dengan IceCube, detektor neutrino bawah air lainnya yang dipasang di bawah es Antartika; Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) yang menunggu partikel sinar kosmik berenergi tinggi yang tumpah dari atmosfer di wilayah dataran tinggi dekat Dataran Tinggi Tibet; serta High Altitude Water Cherenkov observatory (HWAC) yang terletak di kaki gunung berapi Sierra Negra setinggi 4.100 m di Meksiko.
Namun, tidak ada satu pun tempat yang menangkap jejak neutrino atau sinar gamma lainnya. Jika partikel yang dideteksi KM3Net benar-benar merupakan neutrino berenergi tinggi yang datang dari lubang hitam purba, LHAASO seharusnya telah menangkap ratusan juta sinar gamma setidaknya antara 7 hingga 14 jam sebelum lubang hitam musnah. IceCube juga seharusnya mendeteksi setidaknya lebih dari 100 neutrino pada saat terakhir lubang hitam musnah. Sayangnya, HWAC sedang tidak beroperasi selama periode tersebut. Akhirnya, identitas pelaku yang mengirimkan neutrino berenergi ultra-tinggi yang luar biasa kuat ke KM3Net tetap tidak terungkap. Meskipun menyedihkan, sepertinya itu bukanlah lubang hitam purba yang secara kebetulan menyusup ke dalam tata surya.
Beberapa astronom bahkan curiga bahwa lubang hitam purba mungkin adalah materi gelap yang memenuhi alam semesta, mengingat keberadaannya sejak setelah Big Bang dan sulit ditemukan dengan observasi optik biasa. Selain itu, baru-baru ini melalui pengamatan James Webb, ada upaya untuk menghubungkan teka-teki lain yang terus muncul di ujung alam semesta, di semesta awal, yaitu 'titik merah kecil' (Little red dot) dengan lubang hitam purba. Namun, belum ada satu pun yang sepenuhnya cocok dengan lubang hitam purba asli yang kita harapkan.
Satu hal yang pasti, setidaknya menurut model evolusi alam semesta yang kita perkirakan, alam semesta pastilah pernah melewati masa di mana lubang hitam purba tercipta dalam jumlah besar. Sekarang, semuanya seharusnya sudah tumbuh menjadi lubang hitam supermasif di pusat galaksi, atau lubang hitam kecil yang gagal bergabung sudah menguap dengan cepat dan menghilang. Jika demikian, seharusnya ada partikel berenergi tinggi yang ditinggalkan oleh lubang hitam purba yang melayang tanpa tujuan di ruang angkasa di suatu tempat di alam semesta.
Kontroversi kali ini, meskipun gagal menemukan dan memverifikasi lubang hitam purba secara pasti, memberikan penghiburan tersendiri melalui satu kemungkinan besar. Sekarang kita memandang alam semesta tidak hanya dengan gelombang elektromagnetik berenergi tinggi klasik seperti sinar gamma dan sinar-X, tetapi juga dengan mata baru yang disebut neutrino. Kita juga sedang membuka era baru pengamatan multi-messenger yang memetakan dari mana mereka berasal. Sama seperti gelombang gravitasi yang sempat dianggap mustahil untuk diamati namun akhirnya berhasil ditangkap, semoga hari di mana jejak makhluk legendaris lainnya, yaitu lubang hitam purba, ditemukan berkat upaya gigih para astronom, akan segera tiba. Semoga hari di mana mimpi Hawking yang belum selesai terwujud.
Referensi
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2025arXiv250524666A/abstract
Siapa penulis Ji Woong-bae? Ia mencintai kucing dan alam semesta. Setelah menonton 'Galaxy Express 999' saat kecil, ia bermimpi untuk menyebarkan keindahan alam semesta. Saat ini, ia adalah asisten profesor di Fakultas Studi Liberal Universitas Sejong dan terlibat dalam berbagai kegiatan komunikasi sains seperti ceramah dan menulis. Ia telah menulis buku seperti 'Sepotong Semesta Setiap Hari', 'Ilmuwan Semesta Berbintang', 'Tidak Bisa Pergi Tapi Bisa Tahu', 'Pertanyaan Aneh yang Muncul Saat Melihat Semesta', dan menerjemahkan 'Panduan Hitchhiker untuk Menjelajahi Semesta Sebenarnya', 'Bagaimana Saya Membunuh Pluto', 'Quantum Life', 'Cosmographic', dll.