Di pusat hampir setiap galaksi besar termasuk galaksi kita sendiri, Bima Sakti tersembunyi sebuah lubang hitam supermasif, yaitu objek luar angkasa dengan gravitasi yang begitu kuat hingga tidak ada apa pun, bahkan cahaya, yang bisa lolos darinya. Gravitasi ekstrem ini membuat lubang hitam seolah “melengkungkan” ruang dan waktu di sekitarnya, menelan segala sesuatu yang terlalu dekat. Objek ini terbentuk dari penumpukan materi dalam jumlah luar biasa besar yang runtuh ke dalam dirinya sendiri di bawah tarikan gravitasinya.
Namun, lubang hitam bukanlah satu-satunya teka-teki besar di alam semesta. Di sekitar galaksi-galaksi, para ilmuwan menemukan bukti keberadaan sesuatu yang jauh lebih misterius: materi gelap (dark matter). Tidak seperti bintang atau gas yang memancarkan cahaya, materi gelap tidak memantulkan, menyerap, maupun memancarkan cahaya, sehingga tidak bisa dilihat langsung dengan teleskop apa pun. Kita hanya bisa mengetahui keberadaannya melalui pengaruh gravitasinya terhadap benda-benda lain, seperti bagaimana ia membuat bintang-bintang di tepi galaksi tetap bergerak cepat tanpa terlempar keluar.
Para astronom memperkirakan bahwa materi gelap menyusun sekitar 85% massa total alam semesta, jauh lebih banyak dibandingkan seluruh bintang, planet, dan gas yang bisa kita lihat. Dengan kata lain, sebagian besar isi alam semesta justru terdiri dari sesuatu yang tak terlihat dan belum sepenuhnya dipahami, menjadikannya salah satu misteri terbesar dalam sains modern.
Bagaimana dua entitas misterius ini, lubang hitam dan materi gelap saling berinteraksi?
Itulah pertanyaan besar yang coba dijawab oleh dua fisikawan teoretis, Ali Övgün dan Reggie C. Pantig, dalam penelitian terbaru mereka. Mereka mengembangkan model baru tentang bagaimana lubang hitam berperilaku jika dikelilingi oleh materi gelap jenis khusus yang disebut profil Dekel–Zhao.
Hasilnya? Ternyata, materi gelap bukan hanya “latar belakang tak terlihat”, tetapi dapat memengaruhi bentuk bayangan dan perilaku gravitasi lubang hitam itu sendiri.
Baca juga artikel tentang: S1094b: Jejak Tumbukan Raksasa dan Es Tersembunyi di Mars
Lubang Hitam Tidak Hidup Sendirian
Dalam imajinasi populer, lubang hitam sering digambarkan sebagai “penyedot kosmik” yang melayang di ruang kosong. Padahal, kenyataannya jauh lebih kompleks. Lubang hitam biasanya hidup di tengah sistem galaksi yang padat, dikelilingi oleh bintang, gas, debu, dan tentu saja, materi gelap, zat misterius yang tidak memancarkan cahaya tapi memiliki efek gravitasi yang nyata.
Selama beberapa dekade, ilmuwan hanya bisa menduga keberadaan materi gelap melalui pengaruh gravitasinya terhadap bintang dan galaksi. Namun, hingga kini, kita belum tahu seperti apa bentuk dan strukturnya secara pasti. Karena itulah, para peneliti membuat model distribusi materi gelap, yang disebut profil, untuk membantu memahaminya.
Salah satu model terbaru yang banyak digunakan adalah profil Dekel–Zhao (DZ), yang menawarkan cara baru menggambarkan bagaimana kerapatan materi gelap berubah dari pusat ke pinggiran galaksi. Model ini lebih realistis dibandingkan model klasik karena memperhitungkan inti padat di pusat galaksi, tempat lubang hitam berada.
Memasukkan Materi Gelap ke Dalam Lubang Hitam
Dalam penelitian mereka, Övgün dan Pantig mencoba menggabungkan teori relativitas umum Einstein dengan profil Dekel–Zhao untuk melihat apa yang terjadi jika sebuah lubang hitam berada di dalam “lautan” materi gelap.
Mereka menemukan bahwa solusi matematisnya membentuk dua wilayah berbeda:
- Dekat pusat galaksi (wilayah padat):
Gaya gravitasi dari materi gelap begitu kuat sehingga mengubah struktur ruang-waktu di sekitar lubang hitam.
Perubahan ini disebut koreksi eksponensial, dan membuat perilaku cahaya serta lintasan partikel berbeda dari prediksi teori Einstein klasik. - Jauh dari pusat galaksi (wilayah jarang):
Efek materi gelap semakin lemah, dan ruang-waktu kembali mengikuti hukum Einstein seperti biasa. Ini menunjukkan bahwa teori relativitas tetap benar dalam kondisi “kosong”, tapi bisa dimodifikasi oleh keberadaan materi gelap di wilayah padat.
Dengan kata lain, lubang hitam di tengah galaksi tidak sepenuhnya mengikuti “buku aturan Einstein” karena lingkungan sekitarnya ikut berperan.
Bayangan Lubang Hitam: Cermin Lingkungan Kosmik
Sejak Teleskop Event Horizon (EHT) berhasil menangkap gambar bayangan lubang hitam M87* pada 2019 dan Sagittarius A* pada 2022, bayangan lubang hitam menjadi alat observasi penting dalam fisika modern. Bayangan ini bukanlah “bayangan” dalam arti biasa, melainkan daerah gelap yang terbentuk karena cahaya dibelokkan ekstrem oleh gravitasi lubang hitam.
Dalam penelitian ini, Övgün dan Pantig menghitung bagaimana materi gelap Dekel–Zhao mengubah bayangan tersebut.
Mereka menemukan bahwa:
- Semakin besar massa lubang hitam, semakin besar pula radius bayangannya.
- Namun, jika kepadatan materi gelap di sekitarnya tinggi, bayangan menjadi lebih kecil.
Mengapa bisa begitu? Materi gelap yang padat di sekitar lubang hitam menciptakan “tarikan tambahan” pada cahaya, menyebabkan sinar lebih banyak terbelokkan ke arah pusat, sehingga area bayangan tampak menyusut. Efek ini dapat memberikan “sidik jari” khas bagi lingkungan materi gelap di sekitar lubang hitam.
Dengan mempelajari bayangan ini, para ilmuwan dapat memperkirakan seberapa padat materi gelap di pusat galaksi, bahkan tanpa harus mendeteksinya secara langsung.
Cahaya yang Menekuk dan Gravitasi yang Tak Biasa
Penelitian ini juga membahas fenomena lain: gravitational lensing, atau pembelokan cahaya oleh gravitasi. Fenomena ini memungkinkan cahaya dari bintang jauh tampak “melengkung” atau bahkan “berlipat” ketika melewati daerah dengan gravitasi kuat, seperti di sekitar lubang hitam.
Dalam model Dekel–Zhao, pembelokan cahaya menjadi lebih besar jika radius karakteristik (rₙ) materi gelap lebih kecil artinya, jika materi gelap terkonsentrasi lebih dekat ke lubang hitam. Efek ini bisa menyebabkan pengamatan yang berbeda dari prediksi relativitas umum standar.
Hasil ini memberikan peluang baru bagi para astronom: dengan menganalisis seberapa besar pembelokan cahaya di sekitar lubang hitam, mereka dapat mengetahui struktur dan distribusi materi gelap di sekitarnya.
Mengapa Ini Penting
Penelitian Övgün dan Pantig menyoroti hal yang sangat penting:
Lubang hitam tidak bisa dipahami tanpa memahami “lingkungannya” termasuk materi gelap yang mengitarinya.
Selama ini, lubang hitam sering dianggap entitas mandiri yang hanya bergantung pada massa dan rotasinya. Namun penelitian ini menunjukkan bahwa materi gelap bisa memengaruhi hal-hal yang bisa kita amati secara langsung, seperti ukuran bayangan atau pola pembelokan cahaya.
Lebih jauh, studi ini juga memberi landasan teoretis baru bagi astronomi observasional.
Dengan model ini, teleskop-teleskop masa depan seperti Next Generation EHT atau James Webb Space Telescope bisa digunakan untuk menguji prediksi fisika baru di pusat galaksi. Siapa tahu, dari sinilah kita bisa memahami bagaimana lubang hitam tumbuh bersama materi gelap sejak awal alam semesta.
Menyatukan Dua Misteri Besar Alam Semesta
Lubang hitam dan materi gelap adalah dua teka-teki terbesar dalam kosmologi modern.
Lubang hitam menantang pemahaman kita tentang ruang dan waktu, sedangkan materi gelap menantang pemahaman kita tentang massa dan gravitasi. Melalui penelitian seperti ini, keduanya mulai tampak bukan sebagai misteri terpisah, melainkan dua sisi dari koin yang sama.
Seperti yang disimpulkan para peneliti:
“Profil materi gelap berperan penting dalam membentuk perilaku lubang hitam yang kita amati.”
Dengan memahami bagaimana materi gelap membungkus lubang hitam, kita mungkin sedang mendekati kebenaran besar tentang struktur alam semesta itu sendiri, sebuah kisah yang dimulai di pusat galaksi dan berakhir di ujung waktu.
Baca juga artikel tentang: Simfoni Plasma dari Kutub Utara Jupiter: Nada-Nada Aneh dari Alam Semesta
REFERENSI:
Övgün, Ali & Pantig, Reggie C. 2025. Black hole in the Dekel-Zhao dark matter profile. Physics Letters B 864, 139398.
