CAMBRIDGE, Massachusetts — Pernahkah Anda bertanya-tanya apa yang sebenarnya ada di luar sana di hamparan angkasa yang luas? Nah, para ilmuwan di MIT punya teori yang membingungkan yang mungkin akan mengubah cara kita memandang langit malam. Mereka berpendapat bahwa lubang hitam mikroskopis mungkin sedang melesat melalui tata surya kita tepat di bawah hidung kita!
Inti dari teori ini adalah materi gelap. Ini adalah salah satu teka-teki terbesar dalam fisika modern. Meskipun para ilmuwan percaya bahwa materi gelap membentuk 80% dari semua materi di alam semesta, kita tidak dapat melihatnya, menyentuhnya, atau mendeteksinya dengan teknologi kita saat ini. Ini seperti mencoba menangkap hantu – kita tahu hantu itu ada karena kita dapat melihat pengaruhnya terhadap hal-hal di sekitarnya, tetapi kita tidak dapat benar-benar memegangnya.
Selama bertahun-tahun, para ilmuwan telah berusaha keras untuk mencari tahu dari apa materi gelap itu terbentuk. Teori yang paling populer adalah bahwa materi gelap adalah sejenis partikel eksotis yang belum kita temukan, tetapi bagaimana jika materi gelap adalah sesuatu yang sama sekali berbeda?
Di sinilah studi baru MIT yang diterbitkan dalam jurnal Ulasan Fisik D Mereka meninjau kembali ide lama dari tahun 1970-an yang menunjukkan bahwa materi gelap dapat terdiri dari lubang hitam kecil yang terbentuk beberapa saat setelah Big Bang. Ini bukan lubang hitam biasa yang terbentuk saat bintang-bintang masif runtuh. Kita berbicara tentang lubang hitam purba – peninggalan kosmik sejak awal terbentuknya alam semesta.
“Jika kita melihatnya, itu akan menjadi alasan nyata untuk terus mengejar ide menarik ini bahwa semua materi gelap terdiri dari lubang hitam yang muncul dalam waktu kurang dari satu detik setelah Big Bang dan telah mengalir di sekitar alam semesta selama 14 miliar tahun,” kata penulis studi David Kaiser, seorang profesor fisika di MIT, dalam rilis media.
Nah, di sinilah hal-hal menjadi sangat menarik. Tim MIT berpikir lubang hitam mini ini mungkin bergerak cepat melewati tata surya kita lebih sering daripada yang kita sadari – mungkin sekali setiap dekade! Jadi, bagaimana mungkin kita bisa mendeteksi sesuatu yang begitu kecil dan bergerak cepat?
Jawabannya, menurut mereka, terletak pada orbit Mars. Lubang hitam kecil ini, meskipun ukurannya, memiliki gaya gravitasi yang sangat kuat. Jika lubang hitam tersebut melintas cukup dekat dengan Mars, hal itu dapat menyebabkan “goyangan” kecil pada orbit planet tersebut.
“Berdasarkan telemetri presisi selama puluhan tahun, para ilmuwan mengetahui jarak antara Bumi dan Mars dengan akurasi sekitar 10 sentimeter,” jelas Kaiser. “Kami memanfaatkan wilayah ruang angkasa yang sangat terinstrumentasi ini untuk mencoba dan mencari efek kecil.”
Goyangan Mars
Jadi, seberapa besar goyangan yang kita bicarakan? Menurut penelitian, jika lubang hitam purba melintas dalam jarak beberapa ratus juta mil dari Mars, ia dapat menggeser orbit planet tersebut sekitar satu meter. Sekarang, itu mungkin tidak terdengar banyak, terutama jika Anda mempertimbangkan bahwa Mars berjarak lebih dari 140 juta mil dari Bumi. Namun, dengan instrumen super-presisi saat ini, kita mungkin dapat menemukannya.
Tim tersebut menggunakan simulasi komputer untuk memodelkan bagaimana lubang hitam ini dapat berinteraksi dengan tata surya kita. Mereka menemukan bahwa dampaknya terhadap Bumi dan Bulan terlalu tidak pasti untuk dipastikan, tetapi Mars menawarkan gambaran yang lebih jelas.
Tentu saja, bahkan jika kita mendeteksi adanya goncangan di orbit Mars, masih ada pekerjaan yang harus dilakukan untuk membuktikan bahwa goncangan itu disebabkan oleh lubang hitam purba dan bukan sekadar asteroid biasa. Para peneliti sudah memikirkan tantangan ini sebelumnya.
“Kita perlu kejelasan sebanyak mungkin tentang latar belakang yang diharapkan, seperti kecepatan dan distribusi khas batuan ruang angkasa yang mengebor, dibandingkan dengan lubang hitam purba ini,” kata Kaiser. “Beruntung bagi kita, para astronom telah melacak batuan ruang angkasa biasa selama beberapa dekade saat mereka terbang melalui tata surya kita, sehingga kita dapat menghitung sifat khas lintasan mereka dan mulai membandingkannya dengan jenis jalur dan kecepatan yang sangat berbeda yang seharusnya diikuti oleh lubang hitam purba.”
Tim MIT kini tengah mengerjakan simulasi yang lebih terperinci untuk membantu membedakan antara dampak batuan angkasa biasa dan lubang hitam purba hipotetis ini. Mereka bekerja sama dengan para ahli yang dapat mensimulasikan lebih banyak objek di tata surya untuk mendapatkan gambaran yang lebih tepat tentang apa yang harus dicari.
Meskipun penelitian ini masih dalam tahap awal, implikasinya sangat besar. Jika kita dapat memastikan bahwa lubang hitam purba memang bergerak cepat melalui tata surya kita, hal itu dapat merevolusi pemahaman kita tentang materi gelap dan alam semesta awal.
Jadi, lain kali Anda menatap langit malam, ingatlah – mungkin ada lebih banyak hal di luar sana daripada yang terlihat. Lubang hitam kecil bisa saja diam-diam melintas, membawa serta rahasia kelahiran alam semesta.
Ringkasan Makalah
Metodologi
Para peneliti melakukan simulasi untuk meneliti pengaruh lubang hitam purba bermassa asteroid (PBH) saat bergerak melalui Tata Surya kita. Hipotesis utamanya adalah bahwa PBH ini dapat menyebabkan gangguan yang dapat dideteksi pada orbit planet dan objek lain, sehingga memungkinkan para ilmuwan untuk mengukur keberadaannya secara tidak langsung.
Dengan menggunakan data astronomi presisi tinggi terkini, termasuk pengamatan dari pengukuran jarak laser bulan dan pengorbit Mars, mereka memodelkan bagaimana PBH dapat berinteraksi dengan benda-benda Tata Surya. Tim menggunakan model numerik untuk memperkirakan laju pertemuan PBH berdasarkan perkiraan rentang massa dan kecepatannya. Model-model ini memungkinkan mereka memperkirakan bagaimana terbang lintas dari PBH dapat mengubah orbit planet dengan cara yang dapat diukur oleh teknologi yang ada.
Hasil Utama
Studi tersebut menemukan bahwa jika PBH membentuk materi gelap, setidaknya satu dari objek ini dapat melewati Tata Surya bagian dalam setiap 10 tahun. Ketika PBH mendekati planet atau Bulan, hal itu akan menyebabkan perubahan kecil pada orbitnya. Perubahan ini sangat kecil sehingga hanya dapat dilihat dengan pengukuran yang sangat tepat.
Namun, penelitian menunjukkan bahwa dengan teknologi terkini, terutama data dari pelacakan Bulan dan Mars, kita dapat mendeteksi lintasan ini. Jika data yang terkumpul cukup, mungkin saja PBH dapat diidentifikasi sebagai bagian dari materi gelap.
Keterbatasan Studi
Salah satu keterbatasan studi ini adalah ketergantungan pada model dan simulasi. Meskipun prediksi yang dibuat didasarkan pada pemahaman kita saat ini tentang astronomi dan fisika, selalu ada ketidakpastian dalam model. Misalnya, distribusi pasti PBH di ruang angkasa dan perilakunya saat melintasi Tata Surya tidak sepenuhnya diketahui.
Selain itu, penelitian ini mengasumsikan bahwa data observasi cukup akurat untuk mendeteksi perubahan kecil ini, tetapi faktor yang tidak terduga dapat memengaruhi ketepatan pengukuran. Terakhir, analisis tersebut tidak menyertakan beberapa efek fisik sekunder, seperti interaksi gravitasi yang lebih kompleks atau efek relativistik, yang dapat memengaruhi hasil.
Diskusi & Kesimpulan
Penelitian ini menyoroti pendekatan baru untuk menyelidiki materi gelap misterius yang membentuk sebagian besar alam semesta. Alih-alih mencari materi gelap secara langsung, penelitian ini menunjukkan bahwa kita dapat mengamati dampaknya pada planet-planet terdekat dan benda-benda angkasa lainnya.
Dengan mengamati secara saksama pergerakan planet dan objek di Tata Surya, para ilmuwan dapat mendeteksi perubahan yang disebabkan oleh PBH yang lewat. Jika prediksi ini benar, hal itu dapat membuka cara baru untuk mengonfirmasi atau mengesampingkan keberadaan PBH sebagai bentuk materi gelap. Temuan penelitian ini menunjukkan kemungkinan penelitian masa depan yang menarik baik dalam astronomi maupun fisika partikel.
Pendanaan & Pengungkapan
Penelitian ini dilakukan oleh tim fisikawan dari Massachusetts Institute of Technology dan University of California, Santa Cruz. Penelitian ini didanai oleh Departemen Energi AS dan didukung oleh MIT Undergraduate Research Opportunities Program (UROP), beserta kontribusi tambahan dari National Science Foundation (NSF). Tidak ada konflik kepentingan atau pengungkapan lainnya yang dilaporkan oleh penulis.