Asumsi Fundamental tentang Lubang Hitam Dipatahkan di Laboratorium

Lubang hitam adalah fenomena kosmik yang paling hebat dan misterius, dan studi terbaru menunjukkan bahwa kita belum memiliki pemahaman yang cukup tentang objek terpadat di alam semesta ini.

Asumsi fundamental fisika tentang ruang di sekitar monster rakus yang mengkonsumsi apa saja ternyata tidak tepat, dan hasil studi dapat membatalkan teori sains yang telah diyakini selama puluhan tahun.

Agar terdengar sportif, tidak mudah mempelajari lubang hitam. Sebagai permulaan, mereka tidak terlihat dan hanya dapat terdeteksi saat menarik segala sesuatu di sekitarnya, termasuk cahaya. Itulah mengapa kita tidak dapat melihatnya secara langsung. Tapi hanya karena tidak terlihat, bukan berarti ia tidak ada.

"Tentu saja, emisi langsung dari lubang hitam tidak bisa diamati," jelas fisikawan Guillaume Loisel dari Sandia National Laboratories di Albuquerque, New Mexico.

"Kita hanya dapat melihat emisi materi saat dikonsumsi oleh lubang hitam. Materi di sekitar lubang hitam membentuk struktur mirip cakram yang disebut piringan akresi."

(Piringan akresi adalah struktur yang terbentuk dari materi yang mengorbit objek sangat masif, seperti bintang atau lubang hitam. Gaya gravitasi menarik materi ke objek pusat dan meningkatkan suhu piringan akresi sehingga menghasilkan radiasi elektromagnetik. Frekuensi radiasi bergantung kepada massa objek pusat. Piringan akresi bintang muda dan protobintang menghasilkan inframerah, sedangkan bintang neutron dan lubang hitam menghasilkan sinar X).

Piringan akresi sangat energik dan menghasilkan cahaya terang yang hanya bisa diamati oleh instrumen yang mendeteksi radiasi sinar-X.

Teknik semacam ini memungkinkan para ilmuwan untuk menemukan pergerakan materi di sekitar lubang hitam, mengukur arus gas yang berasal darinya dan mencatat fenomena pasang surut gravitasi ketika lubang hitam mengoyak struktur bintang.

Tapi, kemungkinan ada permasalahan dalam aspek teori di sekitar lubang hitam dan emisi piringan akresi yang akan berdampak terhadap banyak studi tentang lubang hitam dalam dua dekade terakhir.

"Hasil studi menunjukkan plasma yang memancarkan sinar-X sangat eksotis," kata anggota tim Jim Bailey, "dan model yang digunakan untuk menafsirkan spektrum plasma belum pernah diuji di laboratorium sampai sekarang."

Untuk menciptakan lingkungan di sekitar lubang hitam semaksimal mungkin, tim menggunakan mesin Z Sandia, generator sinar-X paling kuat di seluruh penjuru planet.

Tujuan mereka adalah untuk menguji sesuatu yang disebut resonansi penghancuran Auger, yang menggagas di bawah gravitasi dan radiasi intens lubang hitam, elektron besi berenergi tinggi tidak memancarkan cahaya dalam bentuk foton.

Asumsi ini telah menjadi patokan bagi teori fisika lubang hitam selama sekitar 20 tahun, namun dari eksperimen yang berlangsung selama lima tahun di Sandia, tim menemukan resonansi penghancuran Auger tidak terjadi saat mereka menerapkan energi sinar-X intens ke sebuah lapisan tipis silikon.

Menurut tim, lapisan tipis silikon lebih sering mengalami efek Auger daripada besi, jadi eksperimen seharusnya menunjukkan fenomena serupa jika asumsi patokan teori fisika tentang lubang hitam benar.

"Jika resonansi penghancuran Auger adalah fakta, seharusnya juga terjadi dalam eksperimen kami, karena karena kami memiliki kondisi yang sama, kepadatan kolom yang sama dan suhu yang sama," kata Loisel.

"Hasil eksperimen kami menunjukkan tidak ada foton, berarti ionnya juga dipastikan tidak ada."

Hasil studi mungkin tak sekadar kemenangan untuk menunjukkan kekuatan mesin Z yang mereplika lubang hitam, tapi lebih seperti jenis kemenangan melawan sains lubang hitam tanpa perlu mencetak angka, karena dapat membatalkan beberapa penelitian astrofisika selama dua dekade terakhir.

Sementara penjelasan untuk bagaimana peningkatan emisi piringan akresi dapat terdeteksi jika resonansi penghancuran Auger tidak berlaku, tim belum yakin sepenuhnya.

"Implikasi peningkatan emisi piringan akresi mungkin adalah garis-garis ion besi bermuatan, tapi garis-garis tersebut telah salah diidentifikasi sejauh ini," kata Loisel.

"Lubang hitam menggeser garis spektrum dengan sangat kuat karena foton kesulitan meloloskan diri dari medan gravitasi intens."

Dengan berakhirnya studi untuk sementara, memecahkan teka-teki ini akan membawa para ilmuwan kembali ke model teoretis yang harus mengakomodasi atau bertentangan dengan bantahan implisit resonansi penghancuran Auger.

Mungkin tidak mudah, tidak ada teori fisika yang paling benar karena suatu saat akan dipatahkan, namun tim optimis komunitas ilmuwan akan bekerja secara maksimal.

"Studi kami menyarankan agar makalah sains yang telah dipublikasikan dalam waktu 20 tahun terakhir untuk dikaji ulang," Loisel menjelaskan.

"Kami optimis para astrofisikawan akan menerapkan perubahan apa pun yang telah ditemukan oleh ilmuwan lain."

Hasil studi telah dilaporkan ke Physical Review Letters.

Ditulis oleh: Peter Dockrill, www.sciencealert.com

Sumber: One of Our Fundamental Assumptions About Black Holes Was Just Overturned in The Lab

#terimakasihgoogle