“Hasil dari karya ini menghasilkan formasi singularitas (ketakberhinggaan) dapat terjadi ketika ruang waktu memenuhi persamaan medan gravitasi Einstein tanpa perlu meninjau simetri dari ruang waktu tersebut,” kata Prof. Dr. rer.nat. Bobby Eka Gunara, S.Si., M.Si. dalam pada rubrik Rekacipta ITB di Media Indonesia, 28 September 2021 lalu.

Secara fisis, jelas Prof. Bobby, singularitas terjadi ketika sebuah objek langit seperti bintang masif runtuh karena gravitasinya yang kemudian terbentuk lubang hitam dengan densitas yang sangat tinggi. Gravitasi yang tinggi menghasilkan medan gravitasi yang sangat kuat yang mampu menarik apapun di daerah cakrawala peristiwa termasuk cahaya.

“Adanya singularitas di antara dua kemungkinan bisa berarti besaran-besaran geometri yang menggambarkan ruang waktu (faktor kelengkungan Riemann) meledak atau distribusi materi tertekan menjadi titik,” ujarnya.

Hasil dari penelitian ini dikuatkan oleh seorang fisikawan Jerman pada 1915, Karl Schwarz-schild, yang berhasil memecahkan persaaman medan Einstein vakum dengan menggunakan sifat simetri bola pada ruang vakum berdimensi empat. Ruang waktu ini dinamakan solusi Schwarzschild yang secara fisis menggambarkan lubang hitam bermassa netral secara listrik. Ini yang disebut sebagai cosmic censorship conjecture (CCC). CCC menjamin bahwa singularitas tidak teramati di alam semesta sehingga mengindikasikan kondisi yang stabil dan tidak runtuh.

Kemudian pada 1970 Penrose bersama koleganya, Stephen W. Hawking, melengkapi pembuktian keberadaan singularitas pada ruang waktu yang kemudian menghasilkan teorema Hawking-Penrose. Teorema ini menjelaskan bahwa singularitas ruang waktu dapat terjadi pada kasus objek astrofisika apabila memenuhi beberapa syarat fisis. Secara khusus yang mereka hasilkan adalah untuk ruang waktu berdimensi empat dengan syarat-syarat yang ditentukan, antara lain, berlakunya persamaan medan Einstein, kondisi energi lemah (no boundary condition), dan terdapatnya permukaan berdimensi dua yang terperangkap (trapped 2-surface).

ITB Mulai Kembangkan Teorema Singularitas

Mulai dari tahun 2005 hingga kini, ITB bekerja sama dengan para peneliti dari universitas lain tengah berupaya mengembangkan teorema singularitas secara umum ke ranah dimensi tinggi yang lebih besar atau sama dengan empat.

Dijelaskan Prof. Bobby, penelitian ini bertujuan untuk mempelajari kestabilan lubang hitam terkait dengan keberadaan medan materi. Kemudian, secara umum diperlukannya pembuktian secara matematis keberadaan subgeometri terperangkap (crapped submanifold) yang terkait sifat termodinamika lubang hitam. Selain itu, penelitian untuk mempelajari teorema singularitas Hawking-Penrose dalam dimensi yang lebih tinggi.

Penelitian ini menghasilkan beberapa kesimpulan, di antaranya: 1) keberadaan formasi stabil lubang hitam dalam teori ini dijamin dengan adanya suku kinetik dan suku massa yang keduanya positif dari partikel berspin nol, 2) keberadaan suku interaksi diri partikel berspin nol dapat menyebabkan ketiadaan lubang hitam, 3) solusi lubang hitam dengan energi berhingga dijamin ada bila interaksi diri partikel berspin nol hilang di daerah yang sangat jauh, dan 4) teorema singularitas Hawking-Penrose masih berlaku secara khusus untuk ruang waktu statis, yakni massa lubang hitam tidak berubah.

“Penelitian ini juga bermanfaat untuk mengenal sifat-sifat geometri dan dinamika benda-benda langit di sekitar kita. Dengan begitu, kita mengidentifikasi bahaya dan manfaat benda-benda langit tersebut,” kata Guru Besar pada KK Fisika Teoritik Energi Tinggi ini.

Tulisan selengkapnya dapat dibaca pada Rubrik Rekacipta ITB di tautan ini

Reporter: Lukman Ali (Teknik Mesin, 2020)