Deteksi langsung pertama gelombang gravitasi diharapkan diumumkan pada 11 Februari oleh para ilmuwan di Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Menggunakan dua detektor LIGO raksasa - satu di Livingston, Louisiana dan lainnya di Hanford, Washington - para ilmuwan mengukur riak di ruangwaktu yang dihasilkan oleh tabrakan dua lubang hitam dan tampaknya akhirnya menemukan apa yang mereka cari.
Pernyataan seperti itu akan mengkonfirmasi gelombang gravitasi yang diprediksi oleh Albert Einstein, yang dia jadikan bagian dari teori relativitas umumnya 100 tahun yang lalu, tetapi konsekuensinya tidak akan berakhir di sana. Sebagai getaran jalinan ruang-waktu, gelombang gravitasi sering dibandingkan dengan suara, bahkan menjelma menjadi trek suara. Teleskop gelombang gravitasi akan memungkinkan para ilmuwan untuk "mendengar" fenomena dengan cara yang sama seperti teleskop cahaya "melihat" mereka.
Ketika LIGO memperebutkan dana dari pemerintah AS pada awal 1990-an, para astronom menjadi pesaing utamanya dalam audiensi kongres. “Dulu LIGO dianggap tidak ada hubungannya dengan astronomi,” kata Clifford Will, ahli teori relativitas umum di University of Florida di Gainesville dan salah satu pendukung awal LIGO. Tapi banyak yang berubah sejak saat itu.
Selamat datang di bidang astronomi gelombang gravitasi. Mari kita bahas masalah dan fenomena yang bisa dia ungkapkan.
Apakah lubang hitam benar-benar ada?
Sinyal yang diharapkan dari pengumuman LIGO mungkin dihasilkan oleh dua lubang hitam yang bergabung. Acara seperti ini adalah yang paling energik yang diketahui; kekuatan gelombang gravitasi yang dipancarkan oleh mereka dapat secara singkat melampaui semua bintang alam semesta yang diamati secara total. Penggabungan lubang hitam juga cukup mudah diinterpretasikan dari gelombang gravitasi yang sangat murni.
Video promosi:
Sinyal yang diharapkan dari pengumuman LIGO mungkin dihasilkan oleh dua lubang hitam yang bergabung. Acara seperti ini adalah yang paling energik yang diketahui; kekuatan gelombang gravitasi yang dipancarkan oleh mereka dapat secara singkat melampaui semua bintang alam semesta yang diamati secara total. Penggabungan lubang hitam juga cukup mudah diinterpretasikan dari gelombang gravitasi yang sangat murni.
Penggabungan lubang hitam terjadi ketika dua lubang hitam berputar mengelilingi satu sama lain, memancarkan energi dalam bentuk gelombang gravitasi. Gelombang ini memiliki ciri suara (kicauan) yang dapat digunakan untuk mengukur massa kedua benda tersebut. Setelah itu, lubang hitam biasanya bergabung.
“Bayangkan dua gelembung sabun yang cukup dekat untuk membentuk satu gelembung. Gelembung yang lebih besar berubah bentuk,”kata Tybalt Damour, ahli teori gravitasi di Institute for Advanced Scientific Research dekat Paris. Lubang hitam terakhir akan berbentuk bola sempurna, tetapi harus terlebih dahulu memancarkan gelombang gravitasi dari jenis yang dapat diprediksi.
Salah satu implikasi ilmiah terpenting dari penemuan penggabungan lubang hitam adalah konfirmasi keberadaan lubang hitam - setidaknya objek lingkaran sempurna yang terbuat dari ruangwaktu murni, kosong, dan melengkung, seperti yang diprediksi oleh relativitas umum. Konsekuensi lainnya adalah penggabungan berlangsung seperti yang diperkirakan para ilmuwan. Para astronom memiliki banyak konfirmasi tidak langsung dari fenomena ini, tetapi sejauh ini pengamatan terhadap bintang-bintang dan gas super panas di orbit lubang hitam, dan bukan lubang hitam itu sendiri.
“Komunitas ilmiah, termasuk saya sendiri, tidak menyukai lubang hitam. Kami menerima begitu saja,”kata Frans Pretorius, spesialis simulasi relativitas umum di Universitas Princeton di New Jersey. "Tapi jika Anda berpikir tentang prediksi yang luar biasa ini, kami membutuhkan bukti yang benar-benar luar biasa."
Apakah gelombang gravitasi bergerak dengan kecepatan cahaya?
Ketika para ilmuwan mulai membandingkan pengamatan LIGO dengan pengamatan teleskop lain, hal pertama yang mereka periksa adalah apakah sinyalnya tiba pada waktu yang sama. Fisikawan percaya bahwa gravitasi ditransmisikan oleh partikel graviton, analog gravitasi foton. Jika, seperti foton, partikel-partikel ini tidak memiliki massa, maka gelombang gravitasi akan bergerak dengan kecepatan cahaya, konsisten dengan prediksi kecepatan gelombang gravitasi dalam relativitas klasik. (Kecepatan mereka dapat dipengaruhi oleh percepatan perluasan Alam Semesta, tetapi ini seharusnya memanifestasikan dirinya pada jarak yang jauh melebihi jarak yang dicakup oleh LIGO).
Namun, sangat mungkin bahwa gravitasi memiliki massa yang kecil, yang berarti gelombang gravitasi akan bergerak dengan kecepatan yang kurang dari cahaya. Jadi, misalnya, jika LIGO dan Virgo mendeteksi gelombang gravitasi dan mengetahui bahwa gelombang tersebut tiba di Bumi lebih lambat dari yang terkait dengan peristiwa kosmik sinar gamma, ini dapat memiliki konsekuensi yang menentukan bagi fisika fundamental.
Apakah ruangwaktu terbuat dari string kosmik?
Penemuan yang bahkan lebih aneh bisa terjadi jika semburan gelombang gravitasi terdeteksi yang berasal dari "string kosmik". Cacat kelengkungan ruang-waktu hipotetis ini, yang mungkin atau mungkin tidak terkait dengan teori string, harus sangat tipis tetapi membentang hingga jarak kosmik. Ilmuwan meramalkan bahwa string kosmik, jika ada, bisa membengkok secara tidak sengaja; jika senar tertekuk, itu akan menyebabkan gelombang gravitasi yang dapat diukur oleh detektor seperti LIGO atau Virgo.
Bisakah bintang neutron bergerigi?
Bintang neutron adalah sisa-sisa bintang besar yang runtuh karena beratnya sendiri dan menjadi sangat padat sehingga elektron dan proton mulai melebur menjadi neutron. Ilmuwan memiliki sedikit pemahaman tentang fisika lubang neutron, tetapi gelombang gravitasi dapat mengetahui banyak tentang mereka. Misalnya, gravitasi yang kuat di permukaannya menyebabkan bintang neutron menjadi bulat sempurna. Tetapi beberapa ilmuwan berpendapat bahwa mereka mungkin juga memiliki "gunung" - setinggi beberapa milimeter - yang membuat benda padat ini, dengan diameter tidak lebih dari 10 kilometer, sedikit asimetris. Bintang neutron cenderung berputar sangat cepat, sehingga distribusi massa asimetris akan membelokkan ruangwaktu dan menghasilkan sinyal gelombang gravitasi sinusoidal yang konstan, memperlambat rotasi bintang dan memancarkan energi.
Pasangan bintang neutron yang berputar mengelilingi satu sama lain juga menghasilkan sinyal yang konstan. Seperti lubang hitam, bintang-bintang ini berputar dan akhirnya bergabung menjadi suara yang khas. Tetapi kekhususannya berbeda dengan kekhususan suara lubang hitam.
Mengapa bintang meledak?
Lubang hitam dan bintang neutron terbentuk ketika bintang masif berhenti bersinar dan runtuh ke dalam dirinya sendiri. Ahli astrofisika berpikir proses ini adalah inti dari semua jenis ledakan supernova Tipe II yang umum. Simulasi supernova semacam itu belum mengungkapkan mengapa mereka menyala, tetapi mendengarkan semburan gelombang gravitasi yang dipancarkan oleh supernova asli diyakini dapat memberikan jawabannya. Bergantung pada seperti apa gelombang ledakan itu, seberapa keras gelombang itu, seberapa sering terjadi, dan bagaimana mereka berkorelasi dengan supernova yang dilacak oleh teleskop elektromagnetik, data ini dapat membantu mengesampingkan banyak model yang ada.
Seberapa cepat alam semesta mengembang?
Alam semesta yang mengembang berarti bahwa objek-objek jauh yang menjauh dari galaksi kita tampak lebih merah daripada yang sebenarnya, karena cahaya yang dipancarkannya terbentang saat mereka bergerak. Ahli kosmologi memperkirakan laju ekspansi alam semesta dengan membandingkan pergeseran merah galaksi dengan seberapa jauh mereka dari kita. Tetapi jarak ini biasanya diperkirakan dari kecerahan supernova Tipe Ia, dan teknik ini meninggalkan banyak ketidakpastian.
Jika beberapa detektor gelombang gravitasi di seluruh dunia mendeteksi sinyal dari penggabungan bintang neutron yang sama, bersama-sama mereka dapat secara akurat memperkirakan kenyaringan sinyal, dan dengannya jarak di mana penggabungan terjadi. Mereka juga akan dapat menilai arah, dan dengannya, mengidentifikasi galaksi tempat peristiwa itu terjadi. Dengan membandingkan pergeseran merah galaksi ini dengan jarak ke bintang-bintang yang bergabung, laju ekspansi kosmik yang independen dapat diperoleh, mungkin lebih akurat daripada metode yang ada saat ini.
