KOMPAS.com – Sebuah studi baru menunjukkan bahwa fenomena radiasi lubang hitam yang pertama kali diusulkan oleh fisikawan terkenal Stephen Hawking pada tahun 1970-an, mungkin telah berperan penting dalam membentuk struktur awal alam semesta.
Selama berpuluh-puluh tahun, lubang hitam dikenal sebagai objek kosmik yang sangat padat hingga tidak ada yang bisa lolos dari gravitasinya, bahkan cahaya. Namun, Hawking memperkenalkan sebuah gagasan revolusioner bahwa lubang hitam tidak sepenuhnya “hitam”.
Berdasarkan perpaduan antara mekanika kuantum dan relativitas umum, ia menyatakan bahwa lubang hitam dapat memancarkan radiasi, yang kini disebut radiasi Hawking.
Hawking menemukan bahwa lubang hitam bisa menghasilkan partikel – termasuk foton (partikel cahaya) – karena fluktuasi kuantum di sekitar horizon peristiwanya. Namun, tingkat radiasinya sangat kecil untuk lubang hitam bermassa besar seperti lubang hitam bintang atau supermasif, sehingga radiasi ini belum bisa dideteksi secara langsung dengan instrumen saat ini.
Baca juga: Lubang Hitam hingga Tuhan, Inilah Deretan Pemikiran Stephen Hawking
Lubang Hitam Primordial: Pemain Utama Kosmos Awal
Meskipun radiasi Hawking dari lubang hitam besar nyaris tak terdeteksi, para ilmuwan kini berfokus pada lubang hitam primordial—lubang hitam kecil yang diduga terbentuk hanya beberapa saat setelah Big Bang. Karena massanya yang jauh lebih kecil (bahkan kurang dari 100 ton), lubang hitam ini diperkirakan memancarkan radiasi Hawking secara jauh lebih intens.
Dalam studi yang dipublikasikan di Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, para peneliti menyatakan:
“Sebuah kemungkinan menarik adalah bahwa alam semesta awal mengalami fase di mana kerapatan energinya didominasi oleh lubang hitam primordial, yang kemudian menguap melalui radiasi Hawking.”
Artinya, jika cukup banyak lubang hitam primordial terbentuk di masa awal alam semesta, mereka bisa menghasilkan cukup banyak radiasi untuk mempengaruhi evolusi struktur besar kosmos, termasuk pembentukan galaksi dan gugusan galaksi.
Baca juga: Bukti Teori Lubang Hitam Stephen Hawking Ditemukan di Dasar Laut
Relik Hawking dan Partikel Eksotis
Yang membuat studi ini semakin menarik adalah implikasinya terhadap partikel-partikel dasar. Menurut para peneliti, radiasi Hawking dari lubang hitam primordial mencakup semua jenis partikel, termasuk partikel hipotetik yang tidak bisa diproduksi dalam akselerator partikel seperti LHC. Ini berarti, radiasi tersebut bisa membuka jalan baru untuk mempelajari partikel di luar Model Standar fisika partikel.
Jika ada partikel yang tetap stabil dan tidak meluruh setelah radiasi Hawking terjadi, maka partikel-partikel ini akan bertahan hingga hari ini. Peneliti menyebutnya sebagai “relik Hawking”.
Relik ini bisa berperan sebagai komponen radiasi kosmik dan mungkin meninggalkan jejak dalam latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB)—radiasi sisa dari ledakan Big Bang. Namun, sampai sekarang belum ditemukan bukti langsung dari relik ini.
Baca juga: 5 Fakta Menarik tentang Teori Big Bang, Sejarah Alam Semesta
Membatasi Massa dan Dampak Kosmologis
Menggunakan persamaan relativitas umum, para peneliti mensimulasikan berbagai jenis partikel—dari yang ringan dan bergerak cepat hingga yang berat dan lambat—untuk melihat bagaimana mereka memengaruhi distribusi materi di alam semesta.
Salah satu implikasi penting dari studi ini adalah pembatasan waktu terjadinya penguapan lubang hitam primordial. Jika lubang hitam tersebut masih ada atau baru menguap setelah periode pembentukan nukleus atom (nukleosintesis), maka jumlah unsur di alam semesta tidak akan cocok dengan pengamatan saat ini.
Karena itu, tim menyimpulkan: “Kami mengharuskan lubang hitam primordial menguap sebelum periode ini, yang memberi batas atas pada massanya yaitu sekitar 500 ton.”
Artinya, lubang hitam primordial haruslah cukup kecil untuk memastikan mereka telah sepenuhnya menguap sebelum memengaruhi keseimbangan unsur dasar di alam semesta.
Baca juga: Alam Semesta Meluas Terlalu Cepat Dibanding Teori, Apa Dampaknya?
Apakah Relik Hawking Adalah Materi Gelap?
Materi gelap adalah salah satu misteri besar kosmologi modern. Karena sifatnya yang tidak berinteraksi dengan cahaya, materi gelap hanya dapat dideteksi melalui efek gravitasinya terhadap benda lain. Sebagian ilmuwan menduga bahwa relik Hawking bisa menjadi kandidat untuk materi gelap.
Namun, hasil dari studi ini tidak mendukung hal itu.
“Kami membatasi kelimpahan relik Hawking hangat menjadi kurang dari 2% dari materi gelap, bahkan jika lubang hitam primordial menghasilkan berbagai jenis partikel relik,” tulis peneliti.
Jadi, meskipun menarik secara teoritis, relik Hawking tidak cukup melimpah untuk menjelaskan mayoritas materi gelap di alam semesta.
Baca juga: Apakah Materi Gelap Akan Segera Ditemukan?
Prospek Masa Depan: Memburu Relik dan Radiasi Hawking
Meskipun saat ini belum ada pengamatan langsung atas relik Hawking atau radiasinya, para ilmuwan tetap optimis. Mereka berharap bahwa instrumen masa depan dengan sensitivitas tinggi akan mampu mendeteksi jejak partikel-partikel ini, sekaligus membuktikan keberadaan radiasi Hawking dan lubang hitam primordial.
“Penemuan relik Hawking akan membuka jendela terhadap keadaan termal alam semesta awal. Ini bukan hanya penting bagi kosmologi, tetapi juga membuka frontier baru dalam fisika partikel dan menjadi bukti pengamatan pertama bagi radiasi Hawking, penguapan lubang hitam, dan lubang hitam primordial,” tulis para ilmuwan.
Meskipun radiasi Hawking masih bersifat teoretis, penelitian ini mengusulkan bahwa radiasi tersebut, khususnya dari lubang hitam primordial, mungkin telah mengubah wajah alam semesta di masa awal. Penemuan ini bukan hanya penting bagi kosmologi, tetapi juga berpotensi menjadi kunci untuk memahami fisika partikel di luar Model Standar serta asal-usul struktur kosmik.
Studi ini menggabungkan wawasan dari teori relativitas, mekanika kuantum, dan pengamatan kosmologis, menjadikannya langkah penting menuju pemahaman lebih dalam tentang masa bayi alam semesta.
Baca juga: Fenomena Misterius di Pusat Galaksi Mungkin Ungkap Materi Gelap Baru