Prediksi Kiamat Baru: Benda di Alam Semesta Menguap dan Musnah
Stephen Hawking memprediksi lubang hitam akan menghilang dengan menguap melalui proses yang disebut radiasi Hawking. Namun, studi terbaru menunjukkan proses serupa juga terjadi pada benda-benda kosmik masif lainnya.
Oleh
MUCHAMAD ZAID WAHYUDI
·6 menit baca
NASA/DANA BERRY/SKYWORKSDIGITAL
Konsep artis tentang piringan materi yang mengelilingi lubang hitam.
Fisikawan Stephen Hawking pada tahun 1974 menyatakan lubang hitam akan menghilang dengan menguap dan kehilangan massanya melalui proses yang disebut radiasi Hawking. Namun, studi sejumlah ilmuwan Universitas Radboud Belanda menunjukkan semua benda bermassa besar di alam semesta juga akan berakhir dengan menguap, bukan hanya lubang hitam.
Keberadaan lubang hitam pertama kali diprediksi oleh Albert Einstein melalui teori relativitas umum pada tahun 1915. Namun, citra pertama yang membuktikan eksistensi lubang hitam itu baru diperoleh oleh gabungan astronom dari sejumlah negara pada tahun 2019 atau lebih seabad kemudian.
Lubang hitam adalah benda kosmik yang sangat masif dan kompak. Benda ini memiliki gravitasi yang sangat besar hingga cahaya pun tidak bisa lolos darinya. Meski demikian, tidak semua benda di sekitarnya akan tertarik ke lubang hitam, tetapi hanya benda-benda yang berada di dalam batas gravitasi tertentu yang disebut cakrawala peristiwa (event horizon).
Untuk membayangkan masifnya lubang hitam, seperti dikutip Kompas, 12 April 2019, jika Bumi dengan diameter 12.742 kilometer (km) ingin dijadikan lubang hitam, bola Bumi harus dimampatkan hingga berdiameter 1,8 sentimeter atau setengah ibu jari orang dewasa. Sementara Matahari dengan diameter 1,39 juta km harus dipadatkan hingga 6 km saja.
Namun, Bumi dan Matahari tidak akan pernah menjadi lubang hitam karena bintang yang akan berakhir sebagai lubang hitam minimal bermassa 25 kali massa Matahari.
Selain berasal dari tahap akhir evolusi bintang atau disebut lubang hitam bintang, jenis lubang hitam lainnya adalah lubang hitam supermasif yang biasanya ada di inti atau pusat galaksi. Massa lubang hitam tipe ini, dikutip dari Kompas.id, 6 November 2022, bisa mencapai jutaan kali massa Matahari, seperti lubang hitam di pusat galaksi Bimasakti yang punya massa 4,3 juta massa Matahari.
Jika lubang hitam itu eksis, lantas apakah mungkin benda dengan massa dan gravitasi super itu menghilang?
Pada tahun 1974, fisikawan Stephen Hawking mengajukan teori bahwa lubang hitam pada akhirnya akan menguap dan kehilangan seluruh massanya melalui proses yang disebut radiasi Hawking. Dikutip dari Livescience, 2 Juni 2023, radiasi Hawking ini merupakan proses pengurasan energi lubang hitam secara bertahap dalam bentuk partikel cahaya yang muncul di sekitar medan gravitasi lubang hitam yang sangat kuat.
NASA/JPL-CALTECH
Konsep artis tentang lubang hitam yang bertumbuh di pusat galaksi.
Kini, teori itu diperbarui oleh tiga fisikawan Universitas Radboud Belanda yang memublikasikan gagasannya di Physical Review Letters yang dikelola Himpunan Fisika Amerika (APS), 2 Juni 2023. Mereka adalah Michael Wondrak, Walter van Suijlekom, dan Heino Falcke.
Studi teoretis mereka menunjukkan proses sejenis dengan radiasi Hawking pada lubang hitam ternyata juga bisa terjadi pada obyek kosmik lain yang memiliki massa cukup. Proses serupa itu juga mengambil energi dari obyek tersebut hingga akhirnya obyek itu kehabisan energi. Dengan demikian, proses radiasi yang mengambil energi dari suatu obyek hingga energinya habis secara perlahan terjadi pada semua obyek kosmik dengan massa cukup.
Jika teori baru itu benar, energi semua benda di alam semesta akan keluar dari benda tersebut dalam bentuk cahaya secara bertahap hingga akhirnya lenyap.
”Benda-benda tanpa cakrawala peristiwa (batas ruang-waktu dan gravitasi di dekat lubang hitam yang bisa membuat sebuah benda, termasuk cahaya, akan jatuh atau tidak ke lubang hitam), seperti sisa-sisa bintang mati dan benda masif lainnya, juga memiliki radiasi semacam ini (radiasi Hawking),” kata Profesor Astrofisika Universitas Radboud Heino Falcke yang memimpin studi.
Karena proses pelepasan energi berlangsung bertahap, lanjut Falcke, setelah beberapa waktu, radiasi itu akan membuat segala sesuatu di alam semesta akhirnya menguap, seperti yang terjadi pada lubang hitam. ”Teori baru ini tidak hanya mengubah pemahaman kita tentang radiasi Hawking, tetapi juga pandangan kita tentang alam semesta dan masa depannya,” katanya.
Ruang-waktu
Dalam teori medan kuantum, tidak ada ruang hampa yang benar-benar kosong. Ruang selalu dipenuhi oleh getaran kecil yang jika diberi energi cukup akan meledak secara acak menjadi partikel virtual. Partikel virtual itu akan menghasilkan paket cahaya atau foton berenergi rendah. Karena itu, Hawking pada tahun 1974 memprediksi bahwa gaya gravitasi ekstrem di sekitar cakrawala peristiwa akan menghasilkan foton.
Menurut teori relativitas umum Einstein, gravitasi akan mendistorsi ruang-waktu. Akibatnya, medan kuantum akan semakin melengkung, makin mendekati tarikan gravitasi yang sangat besar dari singularitas yang ada di pusat lubang hitam. Singularitas lubang hitam menjadi tempat terakhir saat materi akan dikompresi menjadi titik yang sangat kecil hingga akhirnya konsep ruang-waktu lenyap.
Namun, karena mekanika kuantum bersifat probabilistik, Hawking menilai pelengkungan ruang-waktu itu akan menciptakan kantong-kantong ruang dengan waktu bergerak tak sama. Pelengkungan ruang-waktu itu juga memicu lonjakan energi lanjutan di semua medan kuantum hingga memicu ketidaksesuaian energi. Ketidaksesuaian energi itu memicu munculnya foton di ruang lengkung di sekitar lubang hitam, menyedot energi medan lubang hitam, hingga menyemburkan foton.
NASA/JPL-CALTECH
Konsep artis tentang lubang hitam supermasif dengan massa jutaan hingga miliaran massa Matahari. Lubang hitam supermasif ini biasanya berada pusat galaksi.
Jika partikel-partikel foton itu lolos dari tarikan lubang hitam, energi lubang hitam akan terus berkurang. Karena itu, Hawking menyimpulkan bahwa dalam jangka waktu yang jauh lebih lama dari usia alam semesta saat ini, lubang hitam itu akhirnya akan kehilangan semua energinya dan menghilang sepenuhnya.
Meski demikian, jika hanya medan gravitasi yang dibutuhkan untuk menghasilkan fluktuasi kuantum dan foton, lantas mengapa obyek bermassa masif lainnya yang mampu melengkungkan ruang-waktu tidak bisa menciptakan radiasi Hawking? Apakah radiasi Hawking membutuhkan cakrawala peristiwa dengan kondisi khusus atau apakah cakrawala peristiwa bisa dihasilkan oleh benda lain selain lubang hitam di alam semesta?
Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut, Falcke dan rekan menganalisis radiasi Hawking melalui efek Schwinger. Efek Schwinger ini merupakan fenomena fisika teoretis yang menyebut materi bisa dihasilkan dari medan elektromagnetik yang mengalami distorsi sangat kuat.
Dengan menerapkan efek Schwinger ke dalam teori Hawking, tim peneliti yang merupakan ahli fisika teoretis membuat model matematika yang bisa menghasilkan radiasi Hawking di ruang dengan variasi kekuatan medan gravitasi. Hasilnya, tim peneliti mengeluarkan teori baru bahwa cakrawala peristiwa tidak diperlukan obyek bermassa masif untuk melepaskan energinya secara perlahan. Artinya, gravitasi obyek itu sendiri cukup mendorong pengeluaran energi secara bertahap.
”Pemodelan kami menunjukkan kelengkungan ruang-waktu berperan besar dalam menciptakan radiasi. Jauh di luar lubang hitam, partikel sudah dipisahkan oleh gaya pasang surut dari medan gravitasi,” tambah Suijlekom, profesor matematika di Universitas Radboud.
Meski demikian, apa makna dari teori baru ini belum jelas. Kemungkinan, seiring bertambahnya waktu, materi yang membentuk bintang, bintang neutron, dan planet-planet, obyek tersebut akan mengalami transisi energi hingga berada dalam keadaan energi ultrarendah. Kondisi ini, pada akhirnya mampu meruntuhkan semua materi di lubang hitam sambil mengeluarkan cahaya sedikit demi sedikit hingga ujungnya lubang hitam pun hilang tanpa jejak.
Pemodelan kami menunjukkan kelengkungan ruang-waktu berperan besar dalam menciptakan radiasi. Jauh di luar lubang hitam, partikel sudah dipisahkan oleh gaya pasang surut dari medan gravitasi.
Namun, perlu digarisbawahi, meski teori baru Falcke dan rekan ini mampu membuktikan dan memperluas teori Hawking, teori ini masih bersifat spekulasi yang membutuhkan konfirmasi dari studi lain.
Untuk mencari tahu apakah prediksi tentang akhir bintang-bintang masif di alam semesta itu benar, fisikawan masih perlu menemukan adanya radiasi Hawking yang dihasilkan oleh obyek-obyek masif dengan gravitasi kuat, baik lubang hitam, planet, bintang, atau bintang neutron. Jika semua benda itu ditakdirkan menghilang melalui cahaya dingin dalam waktu sekejap, seharusnya banyak obyek menguap bisa diamati.
Karena itu, sama seperti pembuktian lubang hitam, biarkan waktu yang akan menjawab apakah benda-benda masif itu benar-benar hilang dan lenyap dengan menguap.
