Semua lubang hitam tercipta sesaat setelah Big Bang dan menjadi penyebab atas semua materi gelap, menurut para ahli astrofisika dari Universitas Miami, Universitas Yale, dan Badan Antariksa Eropa. Penelitian telah diterima di The Astrophysical Journal, dan tersedia di server pracetak arXiv.
Para peneliti tersebut menunjukkan bahwa lubang hitam telah ada sejak awal alam semesta dan bahwa lubang hitam primordial ini, bisa saja adalah materi gelap yang masih sulit dipahami.
“Studi kami memprediksi bagaimana alam semesta awal seandainya akan terlihat, alih-alih partikel yang tidak diketahui, materi gelap terbuat dari lubang hitam yang terbentuk selama Big Bang – seperti yang disarankan Stephen Hawking pada 1970-an,” kata Nico Cappelluti, asisten profesor fisika di University of Miami dan penulis utama studi ini.
“Ini akan memiliki beberapa implikasi penting. Pertama, kita tidak memerlukan ‘fisika baru’ untuk menjelaskan materi gelap. Selain itu, ini akan membantu kita menjawab salah satu pertanyaan paling menarik dari astrofisika modern: Bagaimana lubang hitam supermasif di alam semesta awal dapat tumbuh begitu besar dengan begitu cepat?
“Mengingat mekanisme yang kita amati hari ini di Alam Semesta modern, semua itu tidak akan memiliki cukup waktu untuk terbentuk. Ini juga akan memecahkan misteri lama mengapa massa galaksi selalu sebanding dengan massa lubang hitam supermasif di pusatnya.”
Materi gelap, yang tidak dapat diamati secara langsung, dianggap sebagai sebagian besar dari materi yang ada di alam semesta. Materi gelap juga bertindak sebagai suatu perancah di mana berbagai galaksi terbentuk dan berkembang. Di sisi lain, lubang hitam, yang dapat ditemukan di pusat sebagian besar galaksi, telah diamati. Suatu titik di ruang angkasa di mana materinya sangat padat dan menciptakan gravitasi yang kuat.
“Lubang hitam dengan ukuran berbeda masih menjadi misteri,” jelas Hasinger. “Kami tidak mengerti bagaimana lubang hitam supermasif bisa tumbuh begitu besar dalam waktu yang relatif singkat sejak alam semesta ada.”
Model mereka mengubah teori yang pertama kali diajukan oleh Hawking dan sesama fisikawan Bernard Carr, yang berpendapat bahwa dalam sepersekian detik pertama setelah Big Bang, fluktuasi kecil dalam kerapatan alam semesta mungkin telah menciptakan lanskap bergelombang dengan wilayah “kental” yang memiliki massa ekstra. Area yang kental ini akan runtuh menjadi lubang hitam.
Teori itu tidak mendapatkan daya tarik ilmiah, tetapi Cappelluti, Natarajan, dan Hasinger menyarankan itu bisa valid dengan sedikit modifikasi. Model mereka menunjukkan bahwa bintang dan galaksi pertama akan terbentuk di sekitar lubang hitam di awal alam semesta. Mereka juga mengusulkan bahwa lubang hitam primordial akan memiliki kemampuan untuk tumbuh menjadi lubang hitam supermasif, atau dengan bergabung dengan lubang hitam lainnya.
“Lubang hitam primordial, jika memang ada, bisa jadi merupakan benih dari mana semua lubang hitam supermasif terbentuk, termasuk yang berada di pusat Bima Sakti,” kata astronom dan fisikawan Priyamvada Natarajan dari Universitas Yale.
“Apa yang menurut saya pribadi sangat menarik tentang ide ini adalah bagaimana ide ini secara elegan menyatukan dua masalah yang sangat menantang yang saya kerjakan—yaitu menyelidiki sifat materi gelap dan pembentukan serta pertumbuhan lubang hitam—dan menyelesaikannya dalam satu gerakan.”
Lubang hitam primordial bahkan bisa membantu menjelaskan kelebihan misterius radiasi inframerah di alam semesta. Menurut tim, lubang hitam primordial yang tumbuh akan menghasilkan tanda-tanda inframerah yang sama.
Dengan teleskop Webb yang dapat melihat ke masa lalu lebih dari 13 miliar tahun, mungkin semua misteri akan ditemukan jawabannya. Jika materi gelap terdiri dari lubang hitam primordial, akan lebih banyak bintang dan galaksi yang terbentuk di sekitarnya di alam semesta awal, yang persisnya dapat dilihat oleh mesin waktu kosmik.
“Jika bintang dan galaksi pertama sudah terbentuk pada apa yang disebut ‘zaman kegelapan’, Webb seharusnya bisa melihat buktinya,” kata Hasinger.
