Sebuah tim astrofisikawan internasional telah menemukan bukti bahwa alam semesta mendaur ulang lubang hitam, menggabungkannya untuk membentuk lubang hitam yang lebih besar. Gelombang gravitasi yang tercatat dalam beberapa tahun terakhir menunjukkan bahwa beberapa lubang hitam terberat di dalam gugusan bintang memperlihatkan tanda-tanda yang jelas sebagai lubang hitam “generasi kedua”—produk dari tumbukan masa lalu—dan karenanya tidak mungkin berasal dari keruntuhan sebuah bintang masif.
Lubang Hitam yang Mustahil
Teori evolusi bintang menjelaskan bahwa, di akhir kehidupan bintang-bintang paling masif, inti mereka memampat hingga membentuk titik yang begitu padat sehingga melengkungkan ruang-waktu hingga tak terhingga. Ini adalah lubang hitam klasik, dengan massa 10 sampai 40 kali massa matahari. Ada juga lubang hitam supermasif, di pusat galaksi, dengan jutaan atau milyaran massa matahari, yang asal-usulnya terkait dengan proses yang terjadi pada momen-momen awal alam semesta.
Di antara dua ekstrem ini terdapat sebuah kategori yang diperdebatkan: lubang hitam dengan massa antara 40 hingga 100 massa matahari. Mereka terlalu berat untuk lahir setelah kematian sebuah bintang, namun tidak mencapai dimensi yang diperlukan untuk muncul dari keruntuhan awan materi raksasa. Fisika bintang konvensional menganggapnya “mustahil,” meski begitu mereka sering muncul dalam deteksi.
Sebuah lubang hitam berukuran “normal,” yang terisolasi di angkasa. Courtesy of Space Telescope Science Institute Office of Public Outreach
Para astrofisikawan mengusulkan bahwa lubang hitam masif ini bisa terbentuk melalui penggabungan dua atau lebih objek ultra-padat yang lebih kecil. Gagasan ini masuk akal, tetapi membutuhkan bukti. Hingga baru-baru ini, tidak ada cara untuk mendapatkannya.
Kemudian detektor gelombang gravitasi hadir di panggung. Instrumen ini menggunakan laser untuk mengukur distorsi mikro pada ruang-waktu yang dihasilkan oleh tumbukan objek-objek yang sangat padat. Deteksi pertama, pada tahun 2015, mengonfirmasi sebuah penggabungan antara lubang hitam. Sejak saat itu, setiap sinyal baru memungkinkan karakterisasi yang lebih baik terhadap struktur-struktur ini dan mengungkapkan bahwa tumbukan tersebut terjadi jauh lebih sering dari yang dibayangkan sebelumnya.
Sidik Generasi Kedua
Studi yang dipublikasikan bulan ini di Nature Astronomy ini menganalisis katalog sementara gelombang gravitasi yang dihasilkan oleh tiga observatorium terkemuka dunia. Basis data tersebut mencakup 153 deteksi yang terpercaya dari penggabungan lubang hitam. Di antaranya, 34 adalah objek yang sangat berat.
Dengan membandingkan semua sinyal, tim tersebut mengidentifikasi dua populasi yang berbeda. Lubang hitam yang lebih ringan, hingga sekitar 40 massa matahari, menunjukkan putaran yang kecil dan selaras, seperti yang diharapkan untuk objek yang lahir dari keruntuhan sebuah bintang. Namun dari titik tertentu, sekitar 45 massa matahari, muncul populasi yang sama sekali berbeda: lubang hitam yang lebih berat, berputar dengan cepat dan dalam arah yang kacau—sebuah sidik statistik yang hanya bisa muncul ketika objek tersebut sebelumnya telah pernah berpartisifasi dalam penggabungan lebih awal.
“Inilah sidik jari yang persis Anda harapkan jika lubang hitam berulang kali bergabung dalam gugusan bintang yang padat,” kata Isobel M. Romero-Shaw, rekan penulis penelitian tersebut, dalam sebuah pernyataan dari Universitas Cardiff.
Sejauh ini, para peneliti belum mengamati secara langsung lubang hitam “mustahil” ini. Mereka tidak muncul dalam sinar-X atau spektrum cahaya tampak, tidak seperti lubang hitam supermasif. Meski begitu, tumbukan mereka menggetarkan ruang-waktu, dan getaran itu mengungkapkan massa yang tidak dapat dijelaskan oleh fisika bintang.
Studi ini menunjukkan bahwa lubang hitam terberat dibangun bukannya dilahirkan. Mereka muncul dari generasi-generasi sebelumnya dari tumbukan, terangkai di lingkungan terpadat di kosmos.
Cerita ini awalnya muncul di WIRED en Español dan telah diterjemahkan dari bahasa Spanyol.