Tanggal 11 Februari 2016, tim fisikawan dengan Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) mengumumkan bahwa detektor kembar mereka telah mendeteksi gelombang gravitasi yang diproduksi oleh tabrakan dua lubang hitam yang terletak sekitar 400 megaparsec (1,3 miliar cahaya- tahun) dari Bumi.
Salah satu lubang hitam itu sekitar 36 kali massa Matahari, dan yang lain adalah sekitar 29 massa matahari. Ketika mereka tak terelakkan saling menspiral ke satu sama lain, mereka bergabung menjadi sebuah pusaran gravitasi yang lebih massif di ruang-waktu, yang massanya kini sekitar 62 massa matahari, perkiraan tim LIGO.
"Observasi ini adalah konfirmasi menakjubkan dari banyak karya-karya teoritis, termasuk teori Relaivitas Umum Einstein, yang memprediksi adanya gelombang gravitasi," kata fisikawan Stephen Hawking dari Universitas Cambridge, UK. Hawking mencatat bahwa Einstein sendiri tidak pernah percaya pada lubang hitam.
Ini adalah merger lubang hitam pertama yang para ilmuwan telah amati. Peristiwa maha dahsyat ini sementara memancarkan jumlah energi yang lebih besar dari semua bintang di alam semesta teramati, dipancarkan sebagai cahaya dalam jangka waktu yang sama. Energi dari penggabungan lubang hitam beriak keluar dalam bentuk gelombang gravitasi.
Pencapaian ini akan diterbitkan dalam serangkaian makalah di Physical Review Letters dan Astrophysical Journal.
Penemuan bersejarah - yang para fisikawan perkirakan akan diganjar hadiah Nobel - membuka bidang baru astronomi gelombang gravitasi, di mana para ilmuwan akan sibuk mendeteksi gelombang gravitasi lainnya untuk mempelajari lebih lanjut tentang obyek-obyek yang dapat menghasilkan mereka, termasuk lubang hitam, bintang neutron dan supernova.
"Ini hanya langkah pertama dalam pengembangan yang jauh lebih besar dan lebih menarik," kata Ilya Mandel, seorang ahli fisika teoritis di Universitas Birmingham, UK. Gelombang gravitasi akan bergabung dengan sinar-γ, sinar-X dan gelombang radio sebagai "bagian dari toolkit yang kita miliki untuk memahami alam semesta", katanya.
Ini juga merupakan sebuah pencapaian yang lama dicari oleh percobaan LIGO, yang telah menghabiskan satu dekade mencari sinyal dari tahun 2000-an sebelum dana US $ 200 juta turun untuk meningkatkan sensitivitas detektor kembar ini, satu di Livingston, Louisiana, dan yang lainnya di Hanford, Washington.
Penemuan Gelombang
Penemuan itu sendiri dibuat sebelum versi upgrade, Advanced LIGO, resmi mulai mengambil data ilmiah. Pada pukul 10:50 Waktu Eropa Tengah tanggal 14 September 2015, selama menjalankan dan mengamati eksperimen pertama, fisikawan LIGO, Marco Drago dari Max Planck Institute for Gravitational Physics di Hannover, Jerman, melihat sinyal aneh di komputernya.
Software yang menganalisis data secara real time itu mengindikasikan bahwa kedua interferometer telah melihat gelombang menyerupai kicauan burung dengan pitch yang meningkat pesat. Dalam waktu satu jam, berita telah mencapai bos Drago, fisikawan Bruce Allen. Rekaman tampak terlalu bagus untuk menjadi kenyataan. "Ketika saya pertama kali melihatnya aku berkata, 'Oh, ini jelas sebuah injeksi,'" kata Allen.
Itu adalah osilasi yang dimulai pada 35 siklus per detik (hertz) dan dengan cepat meningkat menjadi 250 hertz. Kemudian menjadi kacau dan cepat mereda; semuanya berakhir dalam waktu seperempat detik. Krusial, kedua detektor melihatnya di sekitar waktu yang sama - Livingston pertama dan Hanford 7 milidetik kemudian. delay yang merupakan indikasi bagaimana gelombang menyapu bumi.
Detektor gelombang gravitasi lainnya - Virgo interferometer dekat Pisa, Italia, dan GEO600 interferometer dekat Hannover - tidak beroperasi pada saat itu, jadi tidak bisa mengkonfirmasi sinyal. Jika seandainya Virgo beroperasi pada saat itu, mungkin juga akan mendeteksi peristiwa tersebut, kata juru bicara Fulvio Ricci, seorang fisikawan di University of Rome La Sapienza. Ilmuwan LIGO telah menjalankan serangkaian pemeriksaan hati-hati untuk memastikan bahwa sinyal adalah nyata dan memang benar seperti apa yang mereka duga.
Pada suatu saat, beberapa anggota senior tim LIGO telah menguji kemampuan tim yuniornya untuk memvalidasi penemuan potensial dengan diam-diam memasukkan 'injeksi buta' gelombang gravitasi palsu ke dalam aliran data untuk menguji apakah tim peneliti yunior dapat membedakan antara sinyal asli dan palsu . Tapi deteksi di bulan September terjadi sebelum suntikan buta dilakukan, sehingga dianggap sebagai sinyal dari fenomena astrofisika yang nyata di alam semesta.
Untuk menentukan sumber gelombang gravitasi, peneliti harus melakukan pelacakan sinyal yang ditemukan oleh mesin yang berbeda yang tersebar di seluruh bumi. Ketika kedua detektor LIGO beroperasi bersama dengan Virgo atau GEO600, para ilmuwan berharap hal itu menjadikan usaha lebih baik untuk benar-benar dapat menemukan sumber gelombang gravitasi di masa depan. Interferometer lain berada di Jepang sedang dalam pembanguna, dan situs LIGO ketiga di India telah diusulkan. Penyebaran geografis yang lebih besar dari detektor akan memperkuat kepercayaan dalam sinyal apapun
Deteksi Langsung
Teori Relativitas Umum Einstein memprediksi bahwa setiap peristiwa kosmik yang mengganggu struktur ruang-waktu dengan kekuatan yang cukup harus menghasilkan riak gravitasi yang merambat melalui alam semesta. Bumi harus dipenuhi dengan gelombang seperti itu - tapi pada saat gelombang gravitasi mencapai kita, gangguan yang mereka hasilkan sangatlah lemah.
Pada tahun 1974, fisikawan Joseph Taylor dan Russell Hulse di University of Massachusetts Amherst secara tidak langsung membenarkan adanya gelombang gravitasi dengan mengamati kedip radio yang dipancarkan oleh sepasang bintang neutron yang mengorbit satu sama lain; pergeseran dalam waktu kedip cocok dengan prediksi Einstein tentang bagaimana gelombang gravitasi akan membawa energi dari peristiwa tersebut. Penemuan itu memenangkan mereka Penghargaan Nobel Fisika tahun 1993.
Tapi deteksi langsung dari gelombang harus menunggu sensitivitas dicapai oleh Advanced LIGO, yang dapat mendeteksi peregangan dan kompresi ruang-waktu hingga sekecil orde 10-22 - setara dengan perubahan lebar rambut dalam jarak dari Matahari ke Alpha Centauri, bintang terdekat dengan Tata Surya.
Interferometer kembar LIGO membangkitkan sinar laser antara cermin di ujung-ujung pipa vakum 4 kilometer panjang yang diatur tegak lurus satu sama lain. Jika ada Gelombang gravitasi lewat melaluinya, maka akan mengubah panjang salah satu lengan, menyebabkan sinar laser bergeser sedikit tidak sinkron.
Didanai oleh US National Science Foundation, mesin dirancang dan dibangun oleh tim di California Institute of Technology (Caltech) di Pasadena dan Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge. Kip Thorne dan Ronald Drever dari Caltech, bersama dengan Rainer Weiss dari MIT, adalah para pendiri awal.
Lebih dari 1.000 ilmuwan sekarang miliki kolaborasi dengan LIGO. Dengan mempelajari gelombang gravitasi ini, generasi peneliti berikutnya diharapkan dapat menyelidiki hal-hal yang sama sekali baru dalam dunia astrofisika, termasuk gravitasi medan kuat, alam semesta sangat awal dan bagaimana materi berperilaku pada kepadatan yang sangat tinggi.
Hawking mengatakan bahwa ia ingin menggunakan gelombang gravitasi untuk teoremanya yang menyatakan: "Area lubang hitam akhir lebih besar dari jumlah dua area lubang hitam internal" dan ini telah dibuktikan oleh pengamatan." tambahnya.
"Ini awal yang sangat nyata dari sebuah era baru," kata Mansi Kasliwal, seorang astronom di Observatorium Carnegie di Pasadena.
Apa itu gelombang gravitasi?
Gelombang gravitasi adalah sebuah gangguan atau riak di alam semesta yang mahaluas, bisa diibaratkan sebuah riak di kolam tenang yang terbentuk ketika kita mencelupkan dan menarik jari tangan kita di dalamnya.
Gelombang gravitasi bisa merambat dari jarak miliaran tahun cahaya dan sampai ke bumi tanpa perantara! Gagasan adanya gelombang gravitasi tak lepas dari Teori Relativitas Umum Einstein yang dikemukakan pada tahun 1916. Dalam teorinya, Einstein menyatakan bahwa alam semesta adalah kain empat dimensi.
Gelombang gravitasi dalam teori tersebut digambarkan sebagai kerut-kerut yang muncul karena adanya benda yang melalui kain empat dimensi itu.
Gelombang gravitasi dihasilkan oleh obyek apa pun di alam semesta yang mengalami perubahan kecepatan ataupun arah. Besar gelombang bervariasi tergantung obyeknya.
Bumi sendiri bergerak mengelilingi matahari dan kecepatan serta arahnya pun bervariasi walaupun relatif konstan. Jadi, bumi juga menghasilkan gelombang gravitasi.
Dalam konteks penemuan terbaru kali ini, gelombang gravitasi dihasilkan oleh dua lubang hitam yang masing-masing berukuran 36 dan 29 kali massa matahari.
Dua lubang hitam itu telah "berpacaran" selama miliaran tahun. Mereka semakin mendekat dari masa ke masa. Artinya, kecepatan berputar satu sama lain pun terus berubah sehingga menghasilkan gelombang gravitasi.
Animasi ini menunjukkan struktur gelombang gravitasi yang mengembang dari hasil merger dua buah lubang hitam
Akhirnya beberapa waktu lalu dua lubang hitam itu kawin. Mereka bersatu menjadi lubang hitam yang luar biasa massif, berukuran 62 kali massa matahari.
Persatuan itu menghasilkan gelombang gravitasi yang luar biasa besar. Besarnya bisa disetarakan dengan selisih antara jumlah massa lubang hitam yang sebenarnya dengan massa lubang hitam baru yang terbentuk.
Dua lubang hitam bermassa 36 dan 29 kali matahari seharusnya membentuk lubang hitam bermassa 65 kali matahari. Namun, yang terbentuk ternyata 62. Sisa 3 kali massa matahari itu yang dikonversi menjadi energi gelombang gravitasi.
Baca Juga:
Sumber: Nature
