Lubang Hitam, Partikel Yang Membentuk Galaksi

Lubang Hitam atau sering disebut ‘Black Hole’ merupakan kunci dalam pembentukan alam, salah satunya memancarkan gelombang gravitasi yang memungkinkan alam semestamengalami perubahan.

Lubang Hitam Mempengaruhi Pembentukan Galaksi

Astrofisikawan menemukan sumber pemanas baru dalam pembentukan struktur kosmologis. Sampai saat ini, astrofisikawan berpikir bahwa ‘Supermassive black hole‘ hanya dapat mempengaruhi lingkungan sekitar mereka. Sebuah kolaborasi ilmuwan di Institut Heidelberg Studi Teoritis (HITS) telah menemukan bahwa gas menyebar dialam semesta dapat menyerap emisi cahaya sinar gamma dari lubang hitam, pemanasan dari sumber yang kuat. Hasil mengejutkan bahwa hal ini memiliki implikasi penting dalam pembentukan struktur alam semesta. Hasil penelitian ini diterbitkan dalam The Astrophysical Journal dan Royal Astronomical Society.

Menyebabkan Energi Panas Di Semesta

Setiap galaksi memiliki Supermassive Black Hole di pusatnya, Lubang hitam tersebut dapat memancarkan energi sinar gamma tinggi yang kemudian disebut Blazars. Sedangkan radiasi lain seperti cahaya yang tampak dan gelombang radio melintasi alam semesta tanpa masalah, ini bukan kasus dalam energi tinggi sinar gamma. Radiasi ini khusus berinteraksi dengan cahaya optik yang dipancarkan oleh galaksi, mengubahnya menjadi elektron partikel dasar dan positron. Pada awalnya, partikel-partikel dasar bergerak hampir dengan kecepatan cahaya. Tapi seperti diperlambat oleh gas yang menyebar disekitarnya, energi mereka diubah menjadi panas, sama seperti dalam proses penghentian lainnya. Akibatnya, gas disekitar dipanaskan secara efisien. Bahkan suhu gas pada kepadatan rata-rata menjadi sepuluh kali lebih tinggi, dan di kepadatan bagian bawah daerah itu seratus kali lebih tinggi daripada yang diperkirakan sebelumnya.

Model lubang hitam / Credit: Heidelberg Institute

Dalam spektrum optik Quasar terdapat garis yang disebut ‘Line Forest‘. Line Forest tersebut berasal dari penyerapan sinar ultraviolet oleh hidrogen netral di alam semesta berusia muda. Jika gas menjadi lebih panas, garis lemah di garis tersebut diperluas. Efek ini merupakan kesempatan yang baik untuk mengukur suhu awal alam semesta, atau masih berkembang. Para astrofisikawan di HITS memeriksa proses pemanasan yang baru dirumuskan untuk pertama kalinya dengan simulasi superkomputer rinci tentang pertumbuhan struktur kosmologis.

Line Forest (Hutan Garis) dalam spektrum Quasar berasal dari fluktuasi kepadatan alam semesta. Dalam perjalanan evolusi kosmik, fluktuasi terpadat yang runtuh membentuk galaksi dan gugusan galaksi, seperti yang diamati di alam semesta lokal. Gas difus yang terlalu panas tidak bisa runtuh, karena itu pembentukan galaksi kerdil diperlambat atau bahkan sepenuhnya ditekan. Ini bisa menjadi kunci bahwa solusi dari ‘masalah lain yang lama’ dalam teori pembentukan galaksi.

Menurut Einstein, Axion Menghasilkan Lubang Hitam

Mencari partikel baru biasanya membutuhkan energi tinggi, itulah sebabnya mengapa ilmuwan membangun akselerator besar yang dapat mempercepat pergerakan partikel hampir mendekati kecepatan cahaya. Tapi ada cara kreatif lain untuk menemukan partikel baru seperti yang dirilis situs resmi Vienna University of Technology (Institut Fisika Teoritis) 18 Juni 2012, ‘Black Holes As Particle Detectors’.

Para ilmuwan membuat metode khusus untuk membuktikan keberadaan hipotetis ‘axion’. Axion bisa mengumpulkan lubang hitam (black hole) dan mengekstrak energi dari metode tersebut. Proses ini bisa memancarkan gelombang gravitasi yang kemudian dapat diukur.

Axion adalah partikel hipotetis dengan massa yang sangat rendah. Menurut Albert Einstein, massa secara langsung berkaitan dengan energi dan karena itu, energi yang sangat sedikit diperlukan untuk menghasilkan axions. Grumiller dan Gabriela Mocanu dari Vienna University of Technology, keberadaan axion tidak terbukti tetapi dianggap sangat mungkin.

Dalam fisika kuantum, setiap partikel digambarkan sebagai sebuah gelombang. Panjang gelombang sesuai dengan energi partikel. Partikel berat memiliki panjang gelombang kecil, tetapi energi rendah axions dapat memiliki panjang gelombang beberapa kilometer atau lebih. Hasil Grumiller dan Mocanu, berdasarkan karya Asmina Arvanitaki dan Sergei Dubovsky (ilmuwan dari AS dan Rusia) yang menunjukkan bahwa axion bisa mengelilingi lubang hitam, mirip dengan elektron yang mengelilingi inti atom. Dengan gaya elektromagnetik yang mengikat elektron dan inti secara bersama-sama, gaya gravitasi bekerja diantara axion dan lubang hitam.

Boson Cloud, Menghisap Energi

Ada perbedaan sangat penting antara elektron dalam atom dan axion yang berada disekitar lubang hitam. Elektron merupakan fermion, yang berarti bahwa dua dari mereka tidak pernah bisa berada dalam keadaan yang sama. Axions di sisi lain merupakan Boson, banyak dari partikel ini menempati keadaan kuantum yang sama pada saat yang sama. Mereka dapat membuat ‘Boson Cloud‘ yang mengelilingi lubang hitam. Awan ini terus menerus menghisap energi dari lubang hitam dan jumlah Axion dalam meningkatkan awan.

Cloud (awan) belum tentu stabil, Sama seperti tumpukan longgar pasir yang tiba-tiba bisa meluncur oleh karena tambahan sebutir pasir, Boson Cloud bisa tiba-tiba runtuh. Hal yang menarik tentang keruntuhan Cloud ini, bahwa ‘Bose-Nova’ bisa diukur. Peristiwa ini akan membuat ruang dan waktu bergetar dan memancarkan gelombang gravitasi. Detektor gelombang gravitasi telah dikembangkan, pada tahun 2016 diharapkan detektor ini bisa mencapai akurasi di mana gelombang gravitasi harus jelas terdeteksi.

Perhitungan baru di University Vienna menunjukkan bahwa gelombang gravitasi tidak hanya dapat memberikan kita wawasan baru tentang astronomi, gelombang gravitasi yang berada disekitar lubang hitam juga bisa menjelaskan lebih lanjut tentang jenis partikel baru.