Kami akhirnya dapat menguji salah satu ide Stephen Hawking yang paling sulit dipahami
Penelitian baru menunjukkan bahwa kita mungkin segera dapat menguji salah satu teori paling kontroversial Stephen Hawking.
Pada 1970-an, Hawking menyarankan bahwa materi gelap, materi tak kasat mata yang menyusun sebagian besar materi di alam semesta, mungkin terbuat dari lubang hitam Terbentuk pada saat-saat pertama ledakan besar.
Sekarang, tiga astronom telah mengembangkan teori yang menjelaskan tidak hanya keberadaan materi gelap, tetapi juga kemunculan lubang hitam terbesar di alam semesta.
“Apa yang menurut saya pribadi sangat menarik tentang ide ini adalah bagaimana ide ini secara elegan menyatukan dua masalah menantang yang sedang saya kerjakan — menyelidiki sifat materi gelap dan pembentukan serta pertumbuhan lubang hitam — dan menyelesaikannya dalam satu gerakan,” rekan studi -penulis Priamvada Natarajan, astrofisikawan Universitas Yale, Dia mengatakan dalam sebuah pernyataan. Selain itu, beberapa instrumen baru – termasuk Teleskop Luar Angkasa James Webb yang baru diluncurkan – dapat menghasilkan data yang diperlukan untuk akhirnya mengevaluasi ide terkenal Hawking.
Terkait: Ide-ide terlengkap Stephen Hawking tentang lubang hitam
Lubang hitam sejak awal
Materi gelap membuat lebih dari 80% dari semua materi di alam semesta, tetapi tidak berinteraksi langsung dengan cahaya dengan cara apa pun. Itu hanya mengapung menjadi besar, yang mempengaruhi saya gravitasi dalam galaksi.
Sangat menggoda untuk berpikir bahwa lubang hitam mungkin bertanggung jawab atas hal-hal yang sulit dipahami ini. Bagaimanapun, lubang hitam terkenal gelap, sehingga mengisi galaksi dengan lubang hitam secara teoritis dapat menjelaskan semua pengamatan materi gelap.
Sayangnya, di alam semesta modern, lubang hitam terbentuk hanya setelah bintang masif mati, dan kemudian runtuh di bawah berat gravitasinya sendiri. Jadi membuat lubang hitam akan membutuhkan banyak bintang – yang akan membutuhkan susunan materi normal. Para ilmuwan mengetahui jumlah materi alam di alam semesta dari perhitungan alam semesta awal, di mana itu adalah yang pertama. hidrogen Dan helium terbentuk. Tidak ada cukup materi alami untuk membuat semua materi gelap yang telah diamati para astronom.
raksasa tidur
Di sinilah Hawking masuk. Pada tahun 1971, ia menyarankan bahwa lubang hitam terbentuk di lingkungan yang kacau pada saat-saat pertama Big Bang. Di sana, kantong materi dapat secara spontan mencapai kepadatan yang dibutuhkan untuk membentuk lubang hitam, membanjiri alam semesta dengan mereka sebelum bintang pertama berkelap-kelip. Hawking menyarankan bahwa lubang hitam “primitif” ini mungkin bertanggung jawab atas materi gelap. Meskipun idenya menarik, sebagian besar astrofisikawan malah berfokus untuk menemukan partikel subatomik baru untuk menjelaskan materi gelap.
Selanjutnya, model pembentukan lubang hitam primordial mengalami masalah pengamatan. Jika terlalu banyak terbentuk di alam semesta awal, mereka mengubah gambaran sisa radiasi dari alam semesta awal, yang dikenal sebagai latar belakang gelombang mikro kosmik (cosmic microwave background (CMB). Ini berarti bahwa teori ini hanya berfungsi ketika jumlah dan ukuran lubang hitam purba agak terbatas, atau bertentangan dengan pengukuran radiasi CMB. .
Gagasan itu dihidupkan kembali pada tahun 2015 ketika Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory menemukan pasangan lubang hitam pertama yang bertabrakan. Lubang hitam jauh lebih besar dari yang diperkirakan, dan salah satu cara untuk menjelaskan massanya yang besar adalah dengan mengatakan bahwa mereka terbentuk di alam semesta awal, bukan di jantung bintang yang sekarat.
solusi sederhana
Dalam penelitian terbaru, Natarajan dan Niko Capilotti dari University of Miami dan Gunther Hasinger dari European Space Agency menyelam jauh ke dalam teori lubang hitam purba, mengeksplorasi bagaimana mereka menjelaskan materi gelap dan mungkin memecahkan tantangan kosmik lainnya.
Untuk lulus uji pengamatan saat ini, lubang hitam primordial harus berada dalam kisaran massa tertentu. Dalam karya baru, para peneliti berhipotesis bahwa lubang hitam purba memiliki massa sekitar 1,4 kali massa Matahari. Mereka membangun model alam semesta yang menggantikan semua materi gelap dengan lubang hitam yang cukup terang ini, dan kemudian mencari bukti pengamatan yang dapat memvalidasi (atau mengesampingkan) model tersebut.
Tim menemukan bahwa lubang hitam purba dapat memainkan peran utama di alam semesta dengan menyemai bintang pertama, galaksi pertama, dan lubang hitam supermasif (SMBH). Pengamatan menunjukkan bahwa bintang, galaksi, dan SMBH muncul terlalu cepat dalam sejarah kosmik, mungkin terlalu cepat untuk dijelaskan oleh proses pembentukan dan pertumbuhan yang kita amati di alam semesta saat ini.
Lubang hitam primordial, jika ada, bisa menjadi benih dari mana semua lubang hitam supermasif, termasuk yang berada di tengah Bima Saktikata Natarajan.
Teorinya sederhana dan tidak memerlukan taman partikel baru untuk menjelaskan materi gelap.
“Studi kami menunjukkan bahwa tanpa memperkenalkan partikel baru atau fisika baru, kami dapat memecahkan misteri kosmologi modern dari sifat materi gelap itu sendiri hingga asal mula lubang hitam supermasif,” kata Capilotti dalam pernyataannya.
Sejauh ini ide ini hanya prototipe, tetapi dapat diuji relatif segera. Teleskop Luar Angkasa James Webb, diluncurkan pada Hari Natal setelah bertahun-tahun tertunda, secara khusus dirancang untuk menjawab pertanyaan tentang asal usul bintang dan galaksi. Dan generasi berikutnya dari detektor gelombang gravitasi, terutama Laser Interferometer Space Antenna (LISA), siap untuk mendeteksi lebih banyak tentang lubang hitam, termasuk lubang hitam purba jika memang ada.
Bersama-sama, kedua observatorium harus memberikan para astronom informasi yang cukup untuk mengumpulkan kisah bintang-bintang pertama dan mungkin asal usul materi gelap.
“Sangat menarik untuk mengeksplorasi ide ini secara mendalam, mengetahui bahwa ia memiliki potensi untuk memvalidasinya segera,” kata Natarajan.
Awalnya diterbitkan di Live Science.
“Pemikir jahat. Sarjana musik. Komunikator yang ramah hipster. Penggila bacon. Penggemar internet amatir. Introvert.”
