Pada tahun 2019, dunia tercengang saat teleskop Event Horizon Telescope (EHT) merilis foto pertama lubang hitam di galaksi M87, sebuah cincin cahaya oranye yang mengelilingi pusat gelap misterius. Itu adalah momen bersejarah: kita benar-benar “melihat” bayangan lubang hitam untuk pertama kalinya.
Namun di balik gambar menakjubkan itu, tersimpan pertanyaan yang lebih dalam: Apakah semua lubang hitam di alam semesta benar-benar mengikuti hukum Einstein? Atau, mungkinkah ada jenis lubang hitam lain yang menunjukkan bahwa gravitasi bekerja sedikit berbeda dari yang kita pikirkan?
Itulah pertanyaan besar yang coba dijawab oleh tim fisikawan dari Tiongkok (Wentao Liu, Di Wu, dan Jieci Wang) dalam penelitian terbaru mereka tentang bayangan lubang hitam Kalb-Ramond yang berotasi pelan.
Hasil riset mereka, yang terbit di Journal of Cosmology and Astroparticle Physics tahun 2025, membuka jendela baru menuju kemungkinan bahwa alam semesta kita mungkin melanggar hukum relativitas Einstein dalam skala tertentu.
Baca juga artikel tentang: S1094b: Jejak Tumbukan Raksasa dan Es Tersembunyi di Mars
Lubang Hitam yang Tidak Biasa
Lubang hitam biasanya dijelaskan oleh teori relativitas umum Einstein, yang menggambarkan gravitasi sebagai kelengkungan ruang dan waktu. Dalam teori ini, lubang hitam bisa berputar (seperti lubang hitam Kerr) atau tidak berputar sama sekali (seperti lubang hitam Schwarzschild). Namun, semua prediksi Einstein bergantung pada satu asumsi penting: hukum Lorentz selalu berlaku.
Hukum Lorentz adalah prinsip dasar dalam fisika modern, menyatakan bahwa hukum alam tampak sama bagi semua pengamat, tidak peduli seberapa cepat mereka bergerak (selama kecepatannya kurang dari cahaya).
Prinsip ini menjadi fondasi relativitas, elektromagnetisme, bahkan mekanika kuantum.
Tapi bagaimana jika hukum itu tidak selalu berlaku?
Beberapa teori fisika modern yang mencoba menyatukan gravitasi dengan mekanika kuantum, seperti teori string memprediksi bahwa di kondisi ekstrem, hukum Lorentz mungkin sedikit “tergeser.” Perubahan halus ini disebut “Lorentz violation”, atau pelanggaran Lorentz.
Dan di sinilah muncul konsep yang menarik: lubang hitam Kalb-Ramond.
Kalb-Ramond: Medan “Aneh” dari Teori String
Nama “Kalb-Ramond” diambil dari dua fisikawan, Michael Kalb dan Pierre Ramond yang pada tahun 1970-an memperkenalkan medan baru dalam teori string, yaitu medan antisimetri tensor. Dalam bahasa sederhana, medan ini seperti “angin” tambahan dalam struktur ruang-waktu yang dapat mempengaruhi cara cahaya dan gravitasi berinteraksi.
Jika lubang hitam terbentuk di alam semesta yang mengandung medan Kalb-Ramond, maka bentuk ruang-waktunya akan sedikit berbeda. Efeknya bisa sangat halus, tapi dapat meninggalkan jejak yang dapat diamati, salah satunya adalah bentuk bayangan lubang hitam itu sendiri.
Bayangan Lubang Hitam: Cermin Gravitasi Alam Semesta
“Bayangan” lubang hitam bukanlah bayangan biasa. Bayangan ini terbentuk dari lintasan cahaya yang dibelokkan ekstrem oleh gravitasi di sekitar lubang hitam. Cahaya dari bintang atau gas di sekitar lubang hitam berputar-putar di sekelilingnya sebelum sebagian kecil lolos dan mencapai teleskop di Bumi, membentuk cincin bercahaya khas yang kita lihat.
Dalam teori Einstein, bentuk bayangan lubang hitam tergantung pada massanya dan kecepatannya berputar. Jika lubang hitam tidak berputar, bayangannya bulat sempurna. Tapi jika ia berputar, bayangan itu menjadi sedikit lonjong atau berbentuk huruf “D”, akibat efek yang disebut frame-dragging yaitu tarikan ruang-waktu oleh rotasi lubang hitam.
Nah, Liu dan rekan-rekannya ingin tahu:
Bagaimana bentuk bayangan itu berubah jika lubang hitam tidak hanya berputar, tapi juga mengalami efek Kalb-Ramond yang melanggar Lorentz?
Menyimulasikan Bayangan yang Tak Terlihat
Untuk menjawabnya, tim menggunakan pendekatan matematis yang disebut slow-rotation approximation, yaitu menghitung efek rotasi kecil secara bertahap. Mereka kemudian melakukan simulasi komputer menggunakan metode backward ray-tracing teknik yang melacak kembali jalur cahaya dari pengamat ke sumbernya, seolah-olah “memutar ulang” perjalanan foton di sekitar lubang hitam.
Hasilnya luar biasa, lubang hitam Kalb-Ramond yang berputar pelan memiliki bayangan yang lebih kecil dari lubang hitam biasa, tapi bentuknya lebih asimetri dan efek frame-dragging-nya lebih kuat. Semakin besar pelanggaran Lorentz (yaitu semakin kuat efek Kalb-Ramond), semakin cacat pula bentuk bayangan itu.
Selain itu, medan Kalb-Ramond juga memperkuat efek gravitational lensing, yaitu pembelokan cahaya oleh gravitasi. Akibatnya, bayangan lubang hitam tampak menempati area yang lebih luas di cincin foton, zona di mana cahaya berputar-putar di sekitar lubang hitam sebelum melarikan diri.
Menghubungkan Teori dan Pengamatan Nyata
Penelitian ini tidak berhenti di teori. Liu dan timnya juga membandingkan hasil simulasi mereka dengan data nyata dari Event Horizon Telescope (EHT) khususnya pengamatan dua lubang hitam terkenal:
- M87* di galaksi elips raksasa M87,
- dan Sagittarius A* di pusat Bima Sakti.
Dengan membandingkan ukuran dan bentuk bayangan yang diamati dengan prediksi teori mereka, para peneliti dapat memperkirakan seberapa besar kemungkinan efek pelanggaran Lorentz terjadi di alam nyata.
Hasil awal mereka menunjukkan bahwa rotasi lubang hitam memberi ruang lebih besar bagi efek Kalb-Ramond untuk muncul. Artinya, lubang hitam yang berputar bisa menjadi “laboratorium alam” terbaik untuk menguji apakah prinsip dasar Einstein benar-benar universal atau ada “retakan kecil” di batas-batasnya.
Mengapa Ini Penting
Penelitian ini bukan sekadar soal bentuk bayangan lubang hitam. Ini adalah ujian paling ekstrem bagi relativitas umum, teori yang telah berusia lebih dari 100 tahun namun masih menjadi tulang punggung seluruh fisika modern. Jika benar ditemukan pelanggaran Lorentz, itu berarti gravitasi memiliki wajah baru yang hanya muncul di kondisi ekstrem, seperti di sekitar lubang hitam atau di awal mula alam semesta.
Lebih dari itu, penelitian ini juga menunjukkan bagaimana teori string yang selama ini dianggap abstrak, mulai memberikan jejak observasional nyata melalui studi lubang hitam.
Dari Cincin Cahaya ke Fisika Baru
Bayangan lubang hitam kini bukan lagi sekadar gambar menakjubkan, tapi alat ilmiah untuk menyelidiki hukum paling dalam dari realitas. Setiap distorsi kecil dalam bentuknya bisa menjadi sinyal adanya fisika baru: mungkin partikel misterius, mungkin dimensi tambahan, atau seperti yang disarankan Liu dan rekan-rekannya jejak medan Kalb-Ramond yang melanggar Lorentz.
Lubang hitam, yang dulu dianggap menelan semua cahaya dan informasi, kini justru memberi kita cahaya baru tentang hukum alam. Dan siapa tahu, bayangan di tepi semesta itu bisa menjadi petunjuk menuju teori gravitasi berikutnya setelah Einstein.
Baca juga artikel tentang: Simfoni Plasma dari Kutub Utara Jupiter: Nada-Nada Aneh dari Alam Semesta
REFERENSI:
Liu, Wentao dkk. 2025. Shadow of slowly rotating Kalb-Ramond black holes. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2025 (05), 017.
