Lubang hitam telah lama dianggap sebagai laboratorium alami paling ekstrem di alam semesta. Di dalamnya, gravitasi bekerja hingga batas yang tak bisa ditiru di Bumi, dan hukum fisika seperti yang kita kenal mulai retak. Namun kini, sekelompok ilmuwan mencoba menambah satu lapisan misteri lagi ke dalam teka-teki ini, materi gelap dan gravitasi yang dimodifikasi.
Dalam studi terbaru berjudul “Black holes surrounded by PFDM in Kalb–Ramond gravity: from thermodynamics to QPO tests”, yang diterbitkan di The European Physical Journal C (2025), tim ilmuwan dari Uzbekistan Shokhzod Jumaniyozov, Sardor Murodov, Javlon Ravimbaev, Inomjon Ibragimov, dan Bekzod menyelidiki bagaimana lubang hitam akan berperilaku jika dikelilingi oleh materi gelap sempurna (Perfect Fluid Dark Matter, PFDM) dan berada dalam kerangka gravitasi alternatif yang disebut Kalb–Ramond (KR) gravity.
Baca juga artikel tentang: S1094b: Jejak Tumbukan Raksasa dan Es Tersembunyi di Mars
Lubang Hitam: Arena Tarung Antara Fisika dan Misteri
Lubang hitam bukan sekadar “penyedot kosmik”. Ia adalah tempat di mana ruang dan waktu sendiri menjadi elastis dan terdistorsi.
Teori relativitas umum Einstein menggambarkan mereka dengan sangat baik, setidaknya sejauh ini.
Namun, semakin kita mempelajari alam semesta, semakin tampak bahwa gravitasi Einstein mungkin bukan cerita utuhnya.
Ada fenomena yang sulit dijelaskan: percepatan ekspansi alam semesta, rotasi galaksi yang tak sesuai hukum gravitasi klasik, dan tentu saja materi gelap, zat misterius yang membentuk sekitar 27% isi alam semesta tetapi tidak memancarkan cahaya sama sekali.
Para ilmuwan pun mulai bertanya:
“Bagaimana jika lubang hitam tidak sendirian? Bagaimana jika mereka dikelilingi oleh materi gelap, dan hukum gravitasi di sekitar mereka sedikit berbeda dari yang kita kira?”
Pertanyaan inilah yang menjadi inti riset ini.
PFDM: Materi Gelap dalam Bentuk Cairan Sempurna
Materi gelap (dark matter) sering digambarkan sebagai “materi hantu” tidak terlihat, tidak memantulkan cahaya, tetapi punya massa dan gravitasi. Kita tahu ia ada karena pengaruh gravitasinya pada bintang dan galaksi, tetapi kita belum pernah melihatnya langsung.
Dalam model Perfect Fluid Dark Matter (PFDM), materi gelap dianggap berperilaku seperti cairan halus yang mengisi ruang di sekitar objek masif, termasuk lubang hitam.
Berbeda dengan gas atau debu antarbintang, “cairan” ini tidak memiliki gesekan atau kekentalan, sehingga bisa menyelimuti lubang hitam tanpa kehilangan energi.
Bayangkan lubang hitam sebagai bola logam yang direndam dalam air sangat kental. Air itu yang tak terlihat dan tak bercahaya adalah materi gelap. PFDM bisa memengaruhi bagaimana cahaya, panas, dan bahkan partikel di sekitar lubang hitam bergerak. Dan di sinilah para peneliti mulai menggali.
Kalb–Ramond Gravity: Gravitasi yang Lebih dari Sekadar Tarikan
Selain menambahkan materi gelap, studi ini juga menggunakan teori gravitasi alternatif yang disebut Kalb–Ramond (KR) gravity. Teori ini lahir dari dunia fisika string (string theory) cabang fisika yang mencoba menyatukan semua gaya alam, termasuk gravitasi dan mekanika kuantum.
Kalb–Ramond memperkenalkan sesuatu yang disebut “tensor antisimetri tingkat dua”, semacam medan tambahan yang bisa mengubah geometri ruang-waktu. Jika gravitasi Einstein adalah seperti kain halus, maka gravitasi Kalb–Ramond menambahkan sedikit “tekstur” pada kain itu, membuat partikel dan cahaya bergerak sedikit berbeda di dekat objek masif seperti lubang hitam.
Dengan dua faktor baru ini PFDM dan KR para ilmuwan ingin tahu: Bagaimana lubang hitam akan terlihat, berputar, dan memancarkan energi jika alam semesta memang bekerja seperti ini?
Menguji dengan Getaran Kosmik: QPO
Untuk menjawabnya, para peneliti tidak hanya berhenti di teori. Mereka membandingkan model mereka dengan pengamatan nyata dari teleskop sinar-X.
Ketika materi jatuh ke lubang hitam, ia membentuk cakram akresi, pusaran gas panas yang berputar di tepi jurang gravitasi.
Cakram ini memancarkan sinar-X yang berdenyut dalam pola ritmis disebut Quasi-Periodic Oscillations (QPOs) semacam “getaran” kosmik yang muncul dari gerakan partikel di orbit paling dalam sebelum tersedot sepenuhnya.
Para ilmuwan dalam studi ini menghitung bagaimana frekuensi QPO akan berubah jika lubang hitam berada dalam PFDM dan tunduk pada gravitasi Kalb–Ramond. Dengan membandingkan hasil teori dengan data QPO yang diamati, mereka berharap bisa membedakan apakah alam semesta mengikuti hukum Einstein atau model gravitasi baru.
Termodinamika Lubang Hitam: Panas, Entropi, dan Stabilitas
Tak hanya melihat gerak partikel, tim ini juga mengkaji sisi termodinamika lubang hitam.
Ya, meskipun terdengar aneh, lubang hitam punya suhu dan entropi, dua konsep khas dari ilmu panas dan energi.
Sejak Stephen Hawking menemukan bahwa lubang hitam bisa memancarkan radiasi (Hawking radiation), ilmuwan tahu bahwa lubang hitam bukan hanya “objek dingin”.
Ia punya suhu, panas, dan bahkan kapasitas panas dan semua ini bisa berubah jika gravitasi atau lingkungan di sekitarnya berbeda.
Dalam model KR + PFDM, para peneliti menghitung bagaimana suhu, entropi, dan kapasitas panas lubang hitam berubah.
Hasilnya menunjukkan bahwa PFDM dan medan Kalb–Ramond memengaruhi kestabilan termodinamika lubang hitam, bahkan bisa memicu transisi fase, mirip air yang berubah menjadi uap, tapi dalam skala kosmik!
Tanda-Tanda yang Bisa Kita Amati
Salah satu hal paling menarik dari penelitian ini adalah bahwa efek gabungan antara PFDM dan KR gravity mungkin bisa teramati secara langsung. Dalam simulasi mereka, para ilmuwan menemukan bahwa:
- Orbit partikel di sekitar lubang hitam sedikit berubah.
- Frekuensi QPO menjadi berbeda dari prediksi Einstein.
- Dan pola radiasi sinar-X dari cakram akresi mengalami pergeseran khas.
Dengan teleskop modern seperti NICER dan Athena (ESA), atau detektor gelombang gravitasi generasi baru, kita mungkin bisa mendeteksi tanda-tanda halus ini dalam beberapa tahun ke depan.
Langkah Kecil Menuju Pemahaman Besar
Riset ini menunjukkan bagaimana teori gravitasi alternatif dan materi gelap bisa diuji lewat observasi nyata, bukan hanya spekulasi di papan tulis. Kalau hasil pengamatan nanti cocok dengan prediksi KR + PFDM, maka kita mungkin sedang menyaksikan awal dari revolusi baru dalam fisika gravitasi.
Tapi jika tidak cocok, itu juga penting karena membantu kita menyaring teori dan semakin mendekati pemahaman yang benar tentang bagaimana alam semesta bekerja.
Lubang hitam sering dianggap sebagai akhir dari segalanya tapi bagi fisikawan, justru di sanalah awal dari pemahaman baru dimulai.
Dengan menggabungkan konsep materi gelap, gravitasi string, dan getaran sinar-X, penelitian ini memperluas cara kita melihat realitas.
Barangkali, di balik kegelapan lubang hitam, tersembunyi petunjuk tentang struktur terdalam alam semesta dan tentang hukum gravitasi yang sebenarnya.
Baca juga artikel tentang: Simfoni Plasma dari Kutub Utara Jupiter: Nada-Nada Aneh dari Alam Semesta
REFERENSI:
Jumaniyozov, Shokhzod dkk. 2025. Black holes surrounded by PFDM in Kalb-Ramond gravity: from thermodynamics to QPO tests. The European Physical Journal C 85 (7), 797.
