Pada 1974, Stephen Hawking membuat salah satu ramalannya yang paling terkenal: bahwa lubang hitam akhirnya menguap sepenuhnya.
Menurut teori Hawking, lubang hitam tidak sepenuhnya "hitam" tetapi malah memancarkan partikel. Radiasi ini, Hawking percaya, pada akhirnya bisa menyedot energi dan massa yang cukup jauh dari lubang hitam untuk membuat mereka menghilang. Teori ini secara luas dianggap benar tetapi pernah dianggap hampir mustahil untuk dibuktikan.
Untuk pertama kalinya, bagaimanapun, fisikawan telah menunjukkan radiasi Hawking yang sulit dipahami ini - setidaknya di laboratorium. Meskipun radiasi Hawking terlalu samar untuk dideteksi di ruang angkasa oleh instrumen kami saat ini, fisikawan sekarang telah melihat radiasi ini dalam analog lubang hitam yang dibuat menggunakan gelombang suara dan beberapa materi terdingin dan paling aneh di alam semesta.
Pasang partikel
Lubang hitam mengerahkan kekuatan gravitasi yang sangat kuat sehingga bahkan foton, yang bergerak dengan kecepatan cahaya, tidak dapat melarikan diri. Sementara ruang hampa ruang umumnya dianggap sebagai ruang hampa, ketidakpastian mekanika kuantum menentukan bahwa ruang hampa malah penuh dengan partikel-partikel virtual yang melayang masuk dan keluar dari keberadaan pasangan materi-antimateri. (Partikel antimateri memiliki massa yang sama dengan partikelnya, tetapi berlawanan dengan muatan listrik.)
Biasanya, setelah sepasang partikel virtual muncul, mereka segera memusnahkan satu sama lain. Namun, di sebelah lubang hitam, gaya gravitasi ekstrem malah menarik partikel-partikel terpisah, dengan satu partikel diserap oleh lubang hitam ketika yang lain melesat ke luar angkasa. Partikel yang diserap memiliki energi negatif, yang mengurangi energi dan massa lubang hitam. Cukup menelan partikel-partikel virtual ini, dan lubang hitam akhirnya menguap. Partikel yang lepas ini dikenal sebagai radiasi Hawking.
Radiasi ini cukup lemah sehingga tidak mungkin bagi kita untuk mengamatinya di ruang angkasa, tetapi fisikawan telah memikirkan cara yang sangat kreatif untuk mengukurnya di laboratorium.
Cakrawala peristiwa air terjun
Fisikawan Jeff Steinhauer dan rekan-rekannya di Technion - Institut Teknologi Israel di Haifa menggunakan gas yang sangat dingin yang disebut kondensat Bose-Einstein untuk memodelkan cakrawala peristiwa lubang hitam, batas tak kasat mata di mana tidak ada yang bisa melarikan diri. Dalam aliran gas yang mengalir ini, mereka menempatkan tebing, menciptakan "air terjun" gas; ketika gas mengalir di atas air terjun, itu mengubah energi potensial yang cukup menjadi energi kinetik untuk mengalir lebih cepat daripada kecepatan suara.
Alih-alih partikel materi dan antimateri, para peneliti menggunakan pasangan fonon, atau gelombang suara kuantum, dalam aliran gas. Fonon di sisi lambat bisa bergerak melawan aliran gas, menjauh dari air terjun, sementara fonon di sisi cepat tidak bisa, terperangkap oleh "lubang hitam" gas supersonik.
"Ini seperti jika Anda mencoba berenang melawan arus yang lebih cepat dari yang Anda bisa berenang," kata Steinhauer kepada Live Science. "Kamu akan merasa seperti akan maju, tetapi kamu benar-benar akan kembali. Dan itu analog dengan foton dalam lubang hitam yang mencoba keluar dari lubang hitam tetapi ditarik oleh gravitasi dengan cara yang salah."
Hawking memperkirakan bahwa radiasi partikel yang dipancarkan akan berada dalam spektrum panjang gelombang dan energi yang berkelanjutan. Dia juga mengatakan bahwa itu bisa digambarkan oleh satu suhu yang hanya bergantung pada massa lubang hitam. Eksperimen baru-baru ini mengkonfirmasi kedua prediksi ini dalam lubang hitam sonik.
"Eksperimen ini adalah tour de force," Renaud Parentani, seorang ahli fisika teoritis di Laboratoire de Physique Théorique dari Universitas Paris-Sud, mengatakan kepada Live Science. Parentani juga mempelajari lubang hitam analog tetapi dari sudut teori; dia tidak terlibat dalam studi baru. "Ini eksperimen yang sangat tepat. Dari sisi eksperimental, Jeff benar-benar, pada saat ini, pakar terkemuka dunia menggunakan atom dingin untuk menyelidiki fisika lubang hitam."
Parentani, bagaimanapun, menekankan bahwa studi ini adalah "satu langkah di sepanjang proses panjang." Secara khusus, penelitian ini tidak menunjukkan pasangan fonon yang berkorelasi pada tingkat kuantum, yang merupakan aspek penting lain dari prediksi Hawking.
"Ceritanya akan berlanjut," kata Parentani. "Itu sama sekali bukan akhir."
