Dua peneliti dari University of Hawaii at Manoa telah mengidentifikasi dan memperbaiki kesalahan kecil yang pernah dibuat ketika menerapkan persamaan Einstein untuk memodelkan pertumbuhan dari alam semesta.
Fisikawan biasanya berasumsi bahwa sebuah sistem besar secara kosmologis seperti alam semesta tidak peka terhadap detail dari sistem-sistem kecil yang terkandung di dalamnya. Kevin Croker, seorang peneliti postdoctoral di Departemen Fisika dan Astronomi, dan Joel Weiner, anggota staf pengajar di Departemen Matematika, telah menunjukkan bahwa asumsi seperti ini bisa salah untuk berbagai objek padat yang tersisa setelah bintang berukuran sangat besar hancur dan meledak.
“Selama 80 tahun, kami umumnya beroperasi di bawah asumsi bahwa alam semesta, secara tidak jelas, tidak dipengaruhi oleh detail-detail tertentu dari wilayah kecil mana pun,” kata Croker. “Sekarang jelas bahwa relativitas umum dapat dengan saksama menghubungkan bintang-bintang yang hancur — wilayah seukuran Honolulu — dengan perilaku alam semesta secara keseluruhan, lebih dari seribu miliar miliar kali lebih besar.”
Croker dan Weiner menunjukkan bahwa laju pertumbuhan alam semesta bisa menjadi peka terhadap kontribusi rata-rata dari objek-objek padat tersebut. Demikian juga, objek itu sendiri dapat dikaitkan dengan pertumbuhan alam semesta, mendapatkan atau kehilangan energi tergantung pada komposisi objeknya. Hasil ini penting karena mengungkapkan hubungan tak terduga antara kosmologis dan benda padat secara fisika, yang pada gilirannya menyebabkan berbagai prediksi pengamatan baru.
Objek seperti Powehi, objek padat supermasif yang baru-baru ini dicitrakan di pusat galaksi M87 , mungkin sebenarnya adalah GEODE. Powehi GEODE , yang ditunjukkan skalanya, akan menjadi sekitar 2/3 jari-jari wilayah gelap yang dicitrakan oleh Event Horizon Telescope. Ukuran ini hampir sama dengan yang diperkirakan untuk sebuah lubang hitam. Wilayah yang mengandung Energi Gelap (hijau) sedikit lebih besar dari lubang hitam dengan massa yang sama. Properti dari setiap kerak (ungu), jika ada, tergantung pada model GEODE tertentu . ( Credit : EHT collaboration; NASA/CXC/Villanova University)
Salah satu konsekuensi dari penelitian ini adalah bahwa tingkat pertumbuhan alam semesta memberikan informasi tentang apa yang akan terjadi pada sebuah bintang di akhir kehidupannya. Para astronom biasanya berasumsi bahwa bintang-bintang berukuran besar membentuk lubang hitam ketika mati, tetapi ini bukan satu-satunya hasil yang dimungkinkan. Pada tahun 1966, Erast Gliner, seorang ahli fisika muda di Ioffe Physico-Technical Institute di Leningrad, mengusulkan hipotesis alternatif bahwa bintang-bintang yang sangat besar seharusnya hancur menjadi apa yang sekarang bisa disebut sebagai Generic Objects of Dark Energy (GEODEs). Tampaknya ini seperti lubang hitam bila dilihat dari luar tetapi ini berbeda, karena mengandung Energi Gelap bukan sebuah singularitas.
Pada tahun 1998, dua tim astronom independen menemukan bahwa perluasan Alam Semesta semakin bertambah cepat, sesuai dengan keberadaan sebuah kontribusi seragam dari Energi Gelap. Namun, tidak diakui bahwa GEODE dapat berkontribusi dengan cara ini. Dengan formalisme yang dikoreksi, Croker dan Weiner menunjukkan bahwa jika sebagian kecil bintang tertua hancur menjadi GEODE, bukannya lubang hitam, kontribusinya rata-rata hari ini secara alami akan menghasilkan Energi Gelap seragam yang diperlukan.
Hasil penelitian ini juga berlaku untuk sistem tabrakan bintang ganda yang dapat diamati melalui gelombang gravitasi oleh kolaborasi LIGO-Virgo. Pada 2016, LIGO mengumumkan pengamatan pertamanya tentang apa yang tampak sebagai sistem lubang hitam ganda yang saling bertabrakan. Sistem seperti itu diperkirakan ada, tetapi sepasang benda itu beratnya tak terduga — kira-kira 5 kali lebih besar dari massa lubang hitam yang diprediksi dalam simulasi komputer. Menggunakan formalisme yang dikoreksi, Croker dan Weiner mempertimbangkan apakah LIGO-Virgo mengamati tabrakan GEODE ganda, bukan tabrakan lubang hitam ganda. Mereka menemukan bahwa GEODE tumbuh bersama dengan alam semesta selama waktu yang mengarah ke tabrakan tersebut. Ketika tabrakan terjadi, massa GEODE yang dihasilkan menjadi 4 hingga 8 kali lebih besar, sesuai dengan pengamatan LIGO-Virgo.
Croker dan Weiner dengan hati-hati memisahkan hasil teoretis mereka dari dukungan pengamatan skenario GEODE, dengan menekankan bahwa “lubang hitam tentu saja tidak mati. Apa yang telah kami tunjukkan adalah bahwa jika GEODE memang ada, maka ini dapat dengan mudah untuk mengamati fenomena yang saat ini kurang meyakinkan penjelasannya. Kami mengantisipasi konsekuensi berbagai pengamatan lain dari skenario GEODE, termasuk banyak cara untuk meniadakannya. Kami baru saja memulainya.”
Studi ini diterbitkan di Astrophysical Journal.
