Lubang hitam mungkin tidak ada, tetapi bola benang mungkin

[lordi]

Lubang hitam sejauh ini merupakan objek paling misterius di alam semesta. Mereka adalah objek di kosmos tempat semua pengetahuan kita tentang fisika rusak total.

Namun, meski tampak mustahil, mereka ada. Tetapi bagaimana jika monster gravitasi ini sama sekali bukan lubang hitam, melainkan padanan kosmik dari bola benang/string yang bergetar dan samar?

Penelitian baru menunjukkan bahwa mungkin itu masalahnya, dan dengan pengamatan yang akan datang kita mungkin benar-benar dapat melihatnya.

Masalah lubang hitam

Lubang hitam muncul dalam teori relativitas umum Einstein, dan mereka seharusnya tidak ada. Dalam teori itu, jika gumpalan materi bergabung dan mampat menjadi volume yang cukup kecil, gravitasi bisa menjadi sangat kuat. Kompresi gravitasi yang gila ini dapat mengungguli empat gaya fundamental alam lainnya - seperti gaya nuklir kuat yang menyatukan gumpalan materi itu. Begitu ambang kritis tertentu tercapai, gumpalan materi hanya mampat dan mampat, mengompresi menjadi titik yang sangat kecil tak terhingga.

Titik kecil tak terhingga itu dikenal sebagai singularitas, dan dikelilingi oleh permukaan yang dikenal sebagai cakrawala peristiwa - tempat di mana tarikan gravitasi ke dalam melebihi kecepatan cahaya.

Tentu saja, tidak ada yang namanya titik yang sangat kecil, jadi gambaran ini sepertinya salah. Namun pada pertengahan abad ke-20, para astronom mulai menemukan objek yang tampak seperti lubang hitam, bertindak seperti lubang hitam, dan mungkin juga berbau seperti lubang hitam. Terlepas dari ketidakmungkinan mereka, mereka ada, mengambang di sekitar alam semesta.

Dan itu bukan satu-satunya masalah. Pada tahun 1976, fisikawan Stephen Hawking menyadari bahwa lubang hitam tidak sepenuhnya hitam. Karena keanehan mekanika kuantum, lubang hitam perlahan menguap. Hal ini menyebabkan sebuah paradoks: Semua informasi yang masuk ke dalam lubang hitam terkunci di dalamnya. Tetapi radiasi Hawking tidak membawa informasi itu (setidaknya, sejauh yang kami pahami). Jadi, ketika lubang hitam akhirnya menguap, apa yang terjadi dengan semua informasi itu?

Solusi benang/string

Selama beberapa dekade, fisikawan teoretis telah bekerja keras untuk menemukan sesuatu - apa saja - untuk menjelaskan lubang hitam. Sesuatu yang menjelaskan paradoks informasi dan sesuatu untuk menggantikan singularitas dengan matematika.

Di antara para ahli teori tersebut adalah yang mengerjakan teori string, yang merupakan model alam semesta yang menggantikan semua partikel dan gaya yang Anda sukai dengan string subatomik yang bergetar. Dalam teori string, string ini adalah konstituen fundamental materi di alam semesta, tetapi kita tidak dapat melihatnya sebagai string karena sangat kecil. Oh, dan agar matematika teori string berfungsi, harus ada dimensi tambahan - semuanya kecil, apa pun yang melingkar pada skala subatomik sehingga kita juga tidak melihatnya.

Teori string mengklaim sebagai teori segalanya, yang mampu menjelaskan setiap jenis partikel, setiap jenis gaya, dan pada dasarnya segala sesuatu di alam semesta (dan, untuk kelengkapan, seluruh alam semesta itu sendiri).

Jadi teori string harus bisa menjelaskan hal yang tidak bisa dijelaskan: teori string harus bisa menggantikan lubang hitam dengan sesuatu yang tidak terlalu menakutkan.

Dan memang, teori string telah mengusulkan pengganti lubang hitam yang tidak terlalu menakutkan. Mereka disebut fuzzballs.

Mengurai benang

Dalam teori string, lubang hitam bukanlah hitam atau pun lubang. Alih-alih, metafora terbaik untuk menjelaskan apa itu bola benang dengan melihat objek kompak dan aneh lainnya di alam semesta: bintang neutron.

Bintang neutron adalah apa yang terjadi ketika sebuah benda tidak memiliki cukup gravitasi untuk dikompres menjadi apa yang kita sebut lubang hitam. Di dalam bintang neutron, materi dikompresi hingga mencapai tingkat kepadatan tertinggi. Neutron adalah salah satu penyusun dasar atom, tetapi mereka biasanya bermain bersama partikel lain seperti proton dan elektron. Tetapi dalam bintang neutron, komponen atom semacam itu rusak dan larut, meninggalkan hanya neutron yang berdesakan sekencang mungkin.

Dengan fuzzballs, string fundamental berhenti bekerja bersama dan hanya berkumpul bersama, menjadi bola string yang besar. Bola benang halus.

Fuzzballs tidak sepenuhnya sempurna, bahkan dalam teori, sekeren apapun teori string, tidak ada yang pernah bisa menghasilkan solusi matematika lengkap untuk itu - dan fuzzballs tidak hanya samar dalam kenyataan fisik, tetapi juga samar dalam kemungkinan matematis.

Menyelidiki detail bagaimana mereka berperilaku, dan cara terbaik untuk melakukannya adalah melalui gelombang gravitasi.
Ketika lubang hitam bertabrakan dan bergabung, mereka melepaskan tsunami gelombang gravitasi, yang menyapu seluruh kosmos, akhirnya mencapai detektor kita di Bumi. Untuk semua lusinan penggabungan lubang hitam yang telah kita saksikan sejauh ini, tanda gelombang gravitasi persis seperti prediksi relativitas umum yang akan dilakukan lubang hitam.

Tetapi instrumen masa depan, seperti Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) dan Laser Interferometer Space Antenna (pendeteksi gelombang gravitasi berbasis ruang yang diusulkan), mungkin memiliki kepekaan untuk membedakan antara black hole normal dan fuzzballs. Dikatakan "mungkin" karena model fuzzball yang berbeda memprediksi variasi yang berbeda dari perilaku lubang hitam standar.

Jika dapat menemukan bukti fuzzballs, itu tidak hanya menjawab pertanyaan tentang apa sebenarnya lubang hitam; itu akan mengungkapkan beberapa dasar alam yang terdalam.