Lubang hitam tradisional, seperti yang diprediksi oleh teori relativitas umum Albert Einstein, berisi apa yang dikenal sebagai Singularitasyaitu poin di mana hukum fisika rusak. Mengidentifikasi bagaimana singularitas diselesaikan dalam konteks gravitasi kuantum adalah salah satu masalah mendasar dalam fisika teoretis. Sekarang, tim ahli dari Institute of Cosmos Sciences of University of Barcelona (ICCUB) telah menggambarkan untuk pertama kalinya penciptaan lubang hitam biasa dari efek gravitasi dan tanpa perlu keberadaan materi eksotis yang diperlukan oleh beberapa model sebelumnya .
Penemuan ini, diterbitkan di jurnal Surat Fisika bMembuka prospek baru untuk meningkatkan pemahaman kita tentang sifat kuantum gravitasi dan struktur ruang-waktu yang sebenarnya.
Lubang hitam tanpa singularitas
Istilah materi eksotis mengacu pada jenis materi yang memiliki sifat tidak biasa yang tidak ditemukan dalam materi biasa. Seringkali memiliki kepadatan energi negatif, menciptakan efek gravitasi menjijikkan, dan dapat melanggar kondisi energi tertentu dalam relativitas umum. Materi eksotis sebagian besar teoretis dan belum diamati di alam, tetapi digunakan dalam model untuk mengeksplorasi konsep-konsep seperti lubang cacing, perjalanan lebih cepat dari cahaya dan resolusi singularitas lubang hitam.
Studi baru secara matematis menunjukkan bahwa serangkaian koreksi gravitasi tingkat tinggi yang tak terbatas dapat menghilangkan singularitas ini dan menghasilkan apa yang disebut lubang hitam biasa.
Tidak seperti model sebelumnya, yang membutuhkan materi eksotis, studi baru ini mengungkapkan bahwa gravitasi murni – tanpa bidang materi tambahan – dapat menghasilkan lubang hitam biasa tanpa singularitas.
Penemuan ini merupakan keberangkatan yang signifikan dari teori -teori sebelumnya dan menyederhanakan kondisi yang diperlukan untuk lubang hitam biasa.
“Keindahan konstruksi kami adalah bahwa ia hanya didasarkan pada modifikasi persamaan Einstein yang diprediksi secara alami oleh gravitasi kuantum. Tidak ada komponen lain yang diperlukan”, kata peneliti Pablo A. Cano, dari Departemen Fisika Quantum dan Astrofisika di Fakultas Of Fisika dan ICCUB.
Teori-teori yang digunakan oleh tim ICCUB berlaku untuk dimensi ruang-waktu yang lebih besar dari atau sama dengan lima. “Alasan untuk mempertimbangkan dimensi ruang-waktu yang lebih tinggi adalah murni teknis”, kata Cano, “karena memungkinkan kita untuk mengurangi kompleksitas matematika masalah”. Namun, para peneliti mengatakan bahwa “kesimpulan yang sama harus berlaku untuk ruang-waktu empat dimensi kami”.
“Sebagian besar ilmuwan sepakat bahwa singularitas relativitas umum pada akhirnya harus diselesaikan, meskipun kita hanya tahu sedikit tentang bagaimana proses ini dapat dicapai. Pekerjaan kita menyediakan mekanisme pertama untuk mencapai ini dengan cara yang kuat, meskipun di bawah asumsi simetri tertentu”, jelas Robie Hennigar (UB dan ICCUB). “Belum jelas bagaimana alam mencegah pembentukan singularitas di alam semesta, tetapi kami berharap bahwa model kami akan membantu kami untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang proses ini”, kata ahli.
Menjelajahi Penemuan dalam Skenario Astrofisika
Studi ini juga mengeksplorasi sifat termodinamika dari lubang hitam biasa ini dan mengungkapkan bahwa mereka mematuhi hukum termodinamika pertama. Teori -teori yang dikembangkan memberikan kerangka kerja yang kuat untuk memahami termodinamika lubang hitam dengan cara yang sepenuhnya universal dan tidak ambigu. Konsistensi ini menambah kredibilitas dan potensi penerapan temuan.
Para peneliti berencana untuk memperluas pekerjaan mereka ke ruang-waktu empat dimensi dan mengeksplorasi implikasi temuan mereka dalam berbagai skenario astrofisika. Mereka juga bertujuan untuk menyelidiki stabilitas dan kemungkinan tanda tangan pengamatan dari lubang hitam biasa ini.
“Teori-teori ini tidak hanya memprediksi lubang hitam bebas singularitas, tetapi juga memungkinkan kami untuk memahami bagaimana benda-benda ini terbentuk dan apa nasib materi yang jatuh ke dalam lubang hitam. Kami sudah mengerjakan pertanyaan-pertanyaan ini dan berharap menemukan hasil yang sangat menarik” , menyimpulkan Cano.
Artikel referensi
Bueno, Pablo; Cano, Pablo A.; Hennigar, Robie A. «lubang hitam biasa dari gravitasi murni». Surat Fisika bJanuari 2025. Doi: 10.1016/j.physletb.2025.139260
