Astronom Dengar Paduan Suara Gelombang Gravitasi Pertama Kalinya, Berasal dari Tabrakan Antara Lubang Hitam

LONDON –Para astronom dapat "mendengar" dengungan langit dari gelombang gravitasi yang kuat, yang diciptakan oleh tabrakan antara lubang hitam, yang bergema di seluruh alam semesta untuk pertama kalinya.

Pengamatan mereka mengungkapkan bahwa gelombang - termasuk beberapa yang perlahan bergelombang saat melewati galaksi Bima Sakti kita - terjadi pada frekuensi yang berbeda dan berosilasi selama beberapa dekade.

Penemuan ini dapat membantu para ilmuwan lebih memahami fenomena kosmik seperti lubang hitam supermasif dan seberapa sering galaksi bergabung.

Gelombang gravitasi, awalnya diprediksi oleh Albert Einstein pada tahun 1916, merupakan riak dalam ruang-waktu yang pertama kali terdeteksi pada tahun 2015.

Para astronom menemukan gelombang tersebut dengan melacak pulsar, atau sisa-sisa padat inti bintang masif setelah mereka meledak dalam supernova, melintasi Bima Sakti. Pulsar seperti mercusuar bintang, berputar cepat dan melepaskan pancaran gelombang radio yang tampak "berdenyut" saat dilihat melalui teleskop berbasis Bumi. Pulsar dapat berputar ratusan kali setiap detik, dan ketepatan denyut yang stabil membuatnya dapat diandalkan seperti jam kosmik.

Ketika gelombang gravitasi melewati antara Bumi dan pulsar, waktu gelombang radio pulsar terganggu. Einstein berteori bahwa gelombang gravitasi akan meregang dan memampatkan ruang saat mereka bergerak melintasi alam semesta, memengaruhi cara gelombang radio bergerak. Ini berarti beberapa pulsa mencapai Bumi sepersekian detik lebih awal atau lebih lambat dari yang diharapkan.

Lebih dari 190 ilmuwan berangkat untuk menemukan frekuensi gelombang gravitasi sebagai bagian dari Observatorium Nanohertz Amerika Utara untuk kolaborasi Gelombang Gravitasi, juga dikenal sebagai NANOGrav.

Mereka melacak gelombang radio dari lebih dari 60 pulsar selama 15 tahun menggunakan tiga teleskop radio besar: Observatorium Arecibo di Puerto Rico (yang tidak lagi beroperasi), Teleskop Green Bank di West Virginia dan Very Large Array di New Mexico.

Temuan mereka muncul dalam sebuah penelitian yang diterbitkan pada Rabu (28/6/2023) di The Astrophysical Journal Letters.

Gelombang gravitasi yang baru terdeteksi adalah yang paling kuat yang pernah diukur. Mereka kemungkinan besar disebabkan oleh tabrakan lubang hitam supermasif dan membawa energi sekitar satu juta kali lebih banyak daripada peristiwa tunggal yang terdeteksi dalam beberapa tahun terakhir yang dihasilkan dari penggabungan lubang hitam atau bintang neutron.

"Ini seperti paduan suara, dengan semua pasangan lubang hitam supermasif berdentang pada frekuensi yang berbeda," kata rekan penulis studi dan ilmuwan NANOGrav Chiara Mingarelli, asisten profesor fisika di Universitas Yale, dalam sebuah pernyataan, dikutip CNN.

“Ini adalah bukti pertama untuk latar belakang gelombang gravitasi. Kami telah membuka jendela observasi baru di alam semesta,” lanjutnya.

Latar belakang gelombang gravitasi, sejenis kebisingan kosmik yang telah lama diteorikan tetapi tidak pernah terdeteksi, terdiri dari gelombang gravitasi frekuensi sangat rendah. Saat lubang hitam bertabrakan di alam semesta, semua gelombang ini berdengung dan beresonansi bersama di latar belakang.

Gelombang gravitasi bergerak dengan kecepatan cahaya, tetapi para astronom menyadari bahwa satu pasang surut dari salah satu gelombang bisa memakan waktu bertahun-tahun atau puluhan tahun untuk dilewati karena efek riak ruang-waktu.

"Kami menggunakan detektor gelombang gravitasi seukuran galaksi yang terbuat dari bintang-bintang eksotis (pulsar), yang mengejutkan saya," kata rekan penulis studi Dr. Scott Ransom, staf astronom di National Radio Astronomy Observatory, di sebuah pernyataan.

“Data kami sebelumnya memberi tahu kami bahwa kami mendengar sesuatu, tetapi kami tidak tahu apa. Sekarang kita tahu bahwa itu adalah musik yang berasal dari alam semesta gravitasi. Saat kami terus mendengarkan, kemungkinan besar kami dapat memilih nada dari instrumen yang dimainkan di orkestra kosmik ini,” ujarnya.

“Menggabungkan hasil gelombang gravitasi ini dengan studi tentang struktur galaksi dan evolusi akan merevolusi pemahaman kita tentang sejarah alam semesta kita,” ungkapnya.

Para ilmuwan percaya lubang hitam supermasif sebagian besar bertanggung jawab untuk menciptakan latar belakang gelombang gravitasi. Lubang hitam supermasif ada di pusat sebagian besar galaksi besar. Tapi saat galaksi bergabung, akhirnya lubang hitam mereka mulai mengorbit satu sama lain.

Benda-benda masif ini, yang mengandung miliaran kali massa matahari kita, menari hingga bertabrakan. Ketika mereka melakukannya, riak menyebar dari galaksi induk dan akhirnya mencapai galaksi kita sendiri.

Diperkirakan ratusan ribu, atau mungkin jutaan pasang lubang hitam supermasif ada di seluruh alam semesta.

"Pada satu titik, para ilmuwan khawatir bahwa lubang hitam supermasif dalam biner akan mengorbit satu sama lain selamanya, tidak pernah cukup dekat untuk menghasilkan sinyal seperti ini," kata rekan penulis studi Dr. Luke Kelley, asisten asisten profesor astronomi di University of California, Berkeley, dan ketua kelompok astrofisika NANOGrav, dalam sebuah pernyataan.

Teleskop Luar Angkasa James Webb menangkap Orion Bar, bagian dari Nebula Orion yang terkikis oleh radiasi bintang yang berasal dari

“Tapi sekarang kami akhirnya memiliki bukti kuat bahwa banyak dari binari yang sangat masif dan dekat ini benar-benar ada,” ujarnya.

"Begitu dua lubang hitam cukup dekat untuk dilihat oleh susunan waktu pulsar, tidak ada yang bisa menghentikan mereka untuk bergabung hanya dalam beberapa juta tahun,” lanjutnya.

Tetapi para peneliti mengakui itu tidak keluar dari kemungkinan bahwa ada banyak asal-usul latar belakang gelombang gravitasi, seperti halnya ada penjelasan alternatif tentang bagaimana alam semesta dimulai. Tim akan terus mempelajari latar belakang gelombang gravitasi dan berupaya mengisolasi sumber individu untuk menentukan asal-usulnya.

"Latar belakang gelombang gravitasi sekitar dua kali lebih keras dari yang saya harapkan," kata Mingarelli.

“Ini benar-benar di ujung atas dari apa yang dapat dibuat oleh model kami hanya dari lubang hitam supermasif. Apa selanjutnya adalah segalanya. Ini baru permulaan,” lanjutnya.

Selain itu, para ilmuwan yang menggunakan teleskop di seluruh Eropa, India, China, dan Australia melaporkan temuan serupa yang juga dirilis pada Rabu (28/6/2023).

Para peneliti mengatakan menggabungkan data dari NANOGrav dengan kolaborator internasional dapat memberikan gambaran yang lebih luas tentang latar belakang gelombang gravitasi.

“Data gabungan kami akan jauh lebih kuat,” kata rekan penulis studi Stephen Taylor, asisten profesor fisika dan astronomi di Universitas Vanderbilt, yang saat ini memimpin kolaborasi NANOGrav, dalam sebuah pernyataan.

“Kami senang menemukan rahasia apa yang akan mereka ungkapkan tentang alam semesta kita,” tambahnya.

(Susi Susanti)