Lubang hitam selalu menjadi misteri paling gelap di jagat raya. Namun, ada misteri yang bahkan lebih dalam: bagaimana mungkin lubang hitam supermasif dengan massa miliaran kali Matahari sudah ada ketika alam semesta baru berusia kurang dari satu miliar tahun?
Pertanyaan ini telah menghantui para ilmuwan selama beberapa dekade.
Kini, sebuah penelitian baru menawarkan jawaban yang tak hanya elegan, tapi juga radikal:
Mungkin lubang hitam supermasif itu tidak terbentuk dari bintang, melainkan sudah ada sejak awal alam semesta, sebagai lubang hitam purba (primordial black holes, PBHs).
Penelitian ini bukan sekadar ide spekulatif.
Tim dari Scuola Normale Superiore dan University of Oxford menggunakan pendekatan matematis dan kosmologis untuk menunjukkan bagaimana lubang hitam purba bisa menjadi “benih” (seed) bagi raksasa-raksasa kosmik di pusat galaksi, termasuk lubang hitam supermasif seperti Sagittarius A* di Bima Sakti dan GNz11 di alam semesta muda.
Baca juga artikel tentang: Simfoni Plasma dari Kutub Utara Jupiter: Nada-Nada Aneh dari Alam Semesta
Masalah Besar: Lubang Hitam yang Terlalu Cepat Tumbuh
Lubang hitam supermasif (supermassive black holes, SMBHs) bisa memiliki massa antara juta hingga miliaran kali massa Matahari. Masalahnya, teleskop-teleskop seperti James Webb Space Telescope (JWST) telah menemukan SMBH yang sudah sangat besar ketika alam semesta baru berumur sekitar 700 juta tahun atau kurang dari 5% umur alam semesta saat ini.
Menurut teori klasik, lubang hitam terbentuk dari bintang raksasa yang meledak (supernova), kemudian perlahan “memakan” gas dan bintang di sekitarnya selama miliaran tahun. Namun, waktu yang tersedia di alam semesta muda terlalu singkat untuk pertumbuhan sebesar itu.
Bagaimana mungkin lubang hitam bisa tumbuh secepat itu? Itulah teka-teki besar yang coba dijawab oleh penelitian ini.
Lubang Hitam Purba: Jejak dari Alam Semesta Awal
Lubang hitam purba (Primordial Black Holes, PBHs) adalah hipotesis yang sudah ada sejak tahun 1970-an, pertama kali diusulkan oleh Stephen Hawking dan Bernard Carr. Berbeda dengan lubang hitam biasa yang lahir dari bintang mati, PBHs terbentuk langsung dari kepadatan ekstrem di awal alam semesta, hanya beberapa detik setelah Big Bang.
Saat itu, alam semesta adalah lautan energi panas dan fluktuasi kuantum yang tidak stabil. Beberapa daerah menjadi sedikit lebih padat dari yang lain. Ketika gravitasi menang melawan tekanan ekspansi, sebagian kecil materi bisa runtuh menjadi lubang hitam.
Lubang hitam purba ini bisa berukuran sangat beragam, dari massa seperti gunung hingga ribuan kali massa Matahari. Jika teori ini benar, maka PBHs bisa menjadi bahan mentah pembentuk galaksi dan lubang hitam besar di kemudian hari.
Model Baru: Dari Lubang Hitam Purba ke Raksasa Galaksi
F. Ziparo dan timnya mengembangkan mekanisme baru pembentukan lubang hitam supermasif yang dimulai dari PBHs. Mereka menggunakan model matematika yang memperhitungkan tiga hal penting:
- Pertumbuhan melalui akresi gas PBHs menarik gas di sekitarnya seperti penyedot raksasa, menambah massa mereka dari waktu ke waktu.
- Pertumbuhan melalui interaksi dengan materi gelap (dark matter) karena PBHs cenderung terbentuk di wilayah dengan kepadatan tinggi materi gelap, mereka mendapatkan “dorongan gravitasi” tambahan untuk tumbuh.
- Gesekan gravitasi (gas dynamical friction) PBHs yang bergerak di dalam gas padat kehilangan momentum, sehingga mereka tenggelam ke pusat gumpalan materi, tempat mereka bertemu dengan PBH lain dan bergabung.
Proses ini menciptakan “pelarian gravitasi” (runaway merger) dimana dua atau lebih PBHs bergabung menjadi satu lubang hitam besar, yang kemudian menarik lebih banyak PBHs dan gas di sekitarnya. Hasil akhirnya adalah satu “benih supermasif” yang bisa tumbuh menjadi lubang hitam seukuran miliaran Matahari dalam waktu sangat singkat, sesuai dengan yang diamati JWST.
Angka-Angka yang Mencengangkan
Dalam model mereka, benih awal dari PBH bisa memiliki massa sekitar 10⁴ hingga 10⁵ kali massa Matahari. Proses penggabungan ini terjadi di wilayah yang disebut halo gelap, awan besar materi gelap yang menjadi cikal bakal galaksi.
Ketika PBHs tenggelam ke pusat halo ini, mereka membentuk inti padat yang dengan cepat menjadi pusat gravitasi baru. Simulasi menunjukkan bahwa benih supermasif ini dapat tumbuh menjadi 10⁶ hingga 10⁸ massa Matahari hanya dalam ratusan juta tahun jauh lebih cepat dibandingkan model klasik pembentukan dari bintang.
Lebih menakjubkan lagi, selama fase “runaway merger” ini, ketika banyak PBHs bergabung, mereka diperkirakan akan memancarkan gelombang gravitasi dalam jumlah besar. Fenomena ini berpotensi terdeteksi oleh Einstein Telescope, detektor generasi baru yang akan datang.
Menyatukan Materi Gelap dan Lubang Hitam
Salah satu aspek paling menarik dari penelitian ini adalah hubungannya dengan materi gelap (dark matter). Selama ini, sekitar 85% massa alam semesta diyakini terdiri dari materi gelap, sesuatu yang tidak memancarkan cahaya, tapi memiliki efek gravitasi yang kuat.
Tim Ziparo berargumen bahwa PBHs bisa menjelaskan sebagian dari materi gelap tersebut. Jika sebagian kecil saja dari materi gelap terdiri dari PBHs, maka mereka bisa menjadi “kerangka gravitasi” yang membantu membentuk struktur besar seperti galaksi.
Dengan kata lain, PBHs bukan hanya benih bagi lubang hitam supermasif, tapi juga arsitek tersembunyi dari seluruh tata letak kosmos.
Prediksi yang Bisa Diuji
Yang membuat penelitian ini menonjol adalah: ia bisa diuji. Model PBH ini menghasilkan prediksi yang konkret, seperti jumlah gelombang gravitasi, tingkat pertumbuhan massa, dan korelasi dengan pembentukan galaksi awal.
Dalam waktu dekat, teleskop-teleskop seperti James Webb, Athena X-ray Observatory, dan detektor Einstein Telescope dapat memeriksa apakah sinyal-sinyal yang diamati cocok dengan prediksi ini.
Jika benar, kita mungkin sedang melihat jejak langsung dari lubang hitam pertama di alam semesta yang terbentuk bahkan sebelum bintang pertama menyala.
Mengubah Cara Kita Melihat Asal-usul Alam Semesta
Penemuan ini punya konsekuensi besar.
Selama ini, banyak model pembentukan lubang hitam supermasif bergantung pada proses konvensional bintang mati, supernova, lalu pertumbuhan bertahap. Namun, model PBH ini menyarankan bahwa lubang hitam bisa mendahului bintang.
Artinya, lubang hitam mungkin bukan hasil sampingan dari kosmos, tapi pemain utama sejak awal.
Jika lubang hitam purba benar-benar ada, maka seluruh sejarah kosmologi harus ditulis ulang. Dari pandangan kita tentang materi gelap, pembentukan galaksi, hingga cara cahaya pertama muncul di alam semesta, semuanya bisa berubah.
Lubang hitam purba memberi kita pandangan yang luar biasa tentang masa lalu alam semesta. Mereka bukan hanya lubang di ruang dan waktu, tapi juga benih kehidupan kosmik, tempat galaksi dan bintang-bintang berakar.
Seperti benih pohon raksasa yang tumbuh di tengah kegelapan, PBHs mungkin telah menjadi titik awal dari semua struktur megah yang kita lihat di langit malam. Dan di tengah dentuman gelombang gravitasi yang jauh, kita mungkin mendengar gema dari lubang hitam pertama yang pernah ada.
Baca juga artikel tentang: S1094b: Jejak Tumbukan Raksasa dan Es Tersembunyi di Mars
REFERENSI:
Ziparo, F dkk. 2025. Primordial black holes as supermassive black hole seeds. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2025 (04), 040.
