Observatorium LIGO, yang penciptanya menerima Hadiah Nobel 2017, telah mengubah dunia astronomi. Ketika para ilmuwan dari komunitas ilmiah internasional LIGO menemukan gelombang gravitasi pertama pada tahun 2016, mereka menemukan cara baru dalam mengamati alam semesta. Untuk pertama kalinya, para ilmuwan dapat "mendengarkan" fluktuasi ruang-waktu yang timbul dari tabrakan benda-benda besar (misalnya, lubang hitam).
Tapi itu baru permulaan. Tujuannya adalah untuk menggabungkan pengamatan gelombang gravitasi dengan data dari teleskop yang lebih konvensional.
Pada Oktober 2017, dalam Physical Review Letters, tim ilmuwan LIGO, yang terdiri dari beberapa ribu orang di seluruh dunia, menerbitkan serangkaian makalah tentang penemuan luar biasa tersebut. Para peneliti tidak hanya dapat mendeteksi gelombang gravitasi dari tabrakan dua bintang neutron, tetapi juga menentukan koordinat mereka di langit, serta mengamati fenomena tersebut melalui teleskop optik dan elektromagnetik.
“Ini adalah salah satu cerita paling lengkap dari fenomena astrofisika yang bisa dibayangkan,” kata fisikawan Peter Solson dari Syracuse University dan anggota komunitas LIGO.
Setiap sumber menceritakan bagian ceritanya masing-masing
Gelombang gravitasi memberi tahu fisikawan ukuran dan jarak benda, yang memungkinkan mereka menciptakan momen sebelum bertabrakan. Pengamatan radiasi tampak dan gelombang elektromagnetik kemudian mengisi celah yang tidak dapat dijelaskan oleh gelombang gravitasi. Mereka membantu para astronom untuk mengetahui benda apa yang dibuat dan unsur kimia apa yang berasal dari tabrakan tersebut. Dalam kasus kami, para ilmuwan dapat menyimpulkan bahwa ledakan selama penggabungan bintang-bintang neutron menyebabkan munculnya unsur-unsur berat - emas, platinum, dan uranium (yang sebelumnya hanya diasumsikan, tetapi tidak dapat dikonfirmasi dengan pengamatan langsung).
Sekarang para ilmuwan telah berhasil melihat dengan mata kepala mereka sendiri alkimia alam semesta beraksi. "Saya pikir dampak penemuan ini terhadap sains akan lebih signifikan daripada deteksi pertama lubang hitam melalui gelombang gravitasi," kata Duncan Brown, ilmuwan lain dari komunitas LIGO dan Universitas Syracuse. "Banyak aspek fisika dan astronomi terlibat di sini." Dan semua ini adalah hasil dari perburuan harta karun di antara bintang-bintang, yang melibatkan seluruh dunia.
Video promosi:
Berpacu dengan waktu. Tempat bertanda salib
Pada 17 Agustus pukul 8:41 pagi, LIGO mendeteksi gelombang gravitasi - kelengkungan ruang dan waktu - melewati bumi. LIGO adalah dua observatorium berbentuk L di negara bagian Louisiana dan Washington di AS. Mereka dapat mencatat gelombang yang memampatkan dan meregangkan kontinum ruang-waktu.
Selama dua tahun terakhir, LIGO telah mampu mendeteksi gelombang gravitasi yang dihasilkan oleh lubang hitam yang bertabrakan. Namun sinyal pada 17 Agustus cukup berbeda. Ternyata jauh lebih kuat dari yang terekam saat lubang hitam ditemukan. Sinyal baru bertahan 100 detik, sedangkan sinyal dari black hole hanya beberapa. Ini berarti tabrakan terjadi lebih dekat ke Bumi.
Saat LIGO mendeteksi gelombang gravitasi, LIGO secara otomatis mengirimkan pemberitahuan ke ratusan ilmuwan di seluruh dunia. Duncan Brown adalah salah satunya. “Kami menerima peringatan telepon dengan sangat cepat dan menyadari bahwa ini adalah sinyal gelombang gravitasi yang sangat kuat. Itu mengejutkan kami,”kenangnya.
Segera menjadi jelas bahwa ini bukanlah penggabungan lubang hitam. Analisis awal menunjukkan bahwa gelombang tersebut berasal dari tumbukan dua bintang neutron - objek dengan kepadatan sangat tinggi. Diyakini bahwa unsur kimia berat terbentuk di dalamnya.
Saat LIGO mendeteksi gelombang gravitasi dari lubang hitam yang bertabrakan, tidak ada yang dapat dilihat di langit: lubang hitam, seperti namanya, berwarna gelap. Bagaimana dengan tabrakan dua bintang neutron? Tontonannya harus seperti kembang api yang berwarna-warni.
Sarah Wilkinson / Las Campanas Observatory
Dan begitulah yang terjadi: dua detik setelah sinyal LIGO, teleskop antariksa Fermi NASA mendeteksi ledakan sinar gamma - salah satu ledakan energi ledakan terkuat di Semesta yang kita kenal. Untuk waktu yang lama, para astronom telah membangun teori bahwa penggabungan bintang neutron dapat menyebabkan ledakan sinar gamma. Dan sekarang ini bukan kebetulan.
Pada saat yang sama, cahaya dari fusi eksplosif seperti itu dengan cepat meredup. Penghitungan berlangsung selama beberapa menit, dan ilmuwan dari komunitas ilmiah internasional LIGO terpaksa bergegas. “Semakin cepat Anda mendapatkan teleskop, semakin banyak informasi yang Anda dapatkan,” kata Brown. Dari mempelajari cahaya dan bagaimana perubahannya, para ilmuwan dapat mengumpulkan banyak informasi yang akan membantu mereka lebih memahami bintang neutron dan bagaimana mereka menggabungkan materi yang berubah.
Brown dan rekan-rekannya mulai bekerja, mengorganisir telekonferensi dengan lusinan ilmuwan di seluruh dunia. Tim LIGO bekerja dengan mitra dari VIRGO, sebuah observatorium gelombang gravitasi Italia, untuk bekerja dengan upaya berlipat ganda untuk memetakan langit dan menemukan sumber gelombang gravitasi. Mereka mempersempit pencarian mereka ke area seukuran kepalan tangan sejauh lengan. (Dari sudut pandang astronomis, bahkan area ini adalah ruang yang sangat besar. Sepetak peta dengan kepala korek api di lengan dapat berisi ribuan galaksi.) Detektor VIRGO di Italia gagal menangkap sinyal, yang membantu menentukan posisi bintang. VIRGO memiliki zona tanpa penerimaan, oleh karena itu bintang neutron seharusnya berada di dekat salah satunya.
Peta langit ini merupakan hasil penggabungan informasi dari Fermi, LIGO, VIRGO dan Integral (observatorium sinar gamma lainnya). Setiap detektor menyediakan area di mana sinyal dapat terjadi. Di mana mereka tumpang tindih, tempat yang ditandai dengan salib di peta harta karun kosmik ditunjukkan.
Peta di tangan, tim LIGO mengirimkan email ke para astronom di seluruh dunia yang dapat menjelajahi wilayah langit ini saat malam tiba.
Dan keberuntungan tidak melewatinya! Beberapa observatorium berbasis darat dapat mendeteksi posisi kilon (atau macron) - ledakan dari tabrakan dua bintang neutron. Foto di sebelah kiri menunjukkan apa yang ditangkap para astronom pada malam pembukaan. Di sebelah kanan adalah tampilannya beberapa hari kemudian. Ledakan itu terasa redup.
1M2H / UC Santa Cruz dan Observatorium Carnegie / Ryan Foley
Ini adalah penampakan galaksi beberapa minggu sebelum pembentukan kilonova (gambar atas). Gambar bawah menunjukkan ledakan.
Kolaborasi GW-EM Kamera Energi Gelap dan Kolaborasi DES / Berger
Gambar mungkin tampak kabur, tetapi ada banyak informasi tentangnya. Dengan koordinat yang tepat, para ilmuwan dapat menyetel Teleskop Luar Angkasa Hubble dan Observatorium Sinar-X Ruang Chandra untuk meledakkan sebuah kilonova. Dengan bantuan alat tersebut, para astronom akan dapat melihat proses alam semesta dengan satu mata.
Bagaimana bertabrakan bintang neutron menciptakan emas
Bintang neutron adalah benda kosmik yang tidak biasa. Mereka terbentuk sebagai akibat dari keruntuhan gravitasi bintang (misalnya, selama ledakan supernova) dan memiliki kepadatan yang sangat tinggi. Bayangkan sebuah benda dengan massa seperti Matahari, tetapi diameternya hanya 25 kilometer. Ini adalah 333.000 massa seluruh Bumi, dikompresi menjadi bola seukuran Distrik Pusat Moskow. Tekanan di dalamnya sangat besar sehingga hanya neutron (proton yang menyatu dengan elektron) yang dapat eksis di sana.
Di galaksi yang berjarak 130 juta tahun cahaya, dua objek seperti itu "menari" satu sama lain, bergerak di orbit dan semakin dekat dan dekat. Mereka bertabrakan, dan energi yang dilepaskan melalui Semesta mengirimkan gelombang yang mengubah ruang dan waktu, dan aliran partikel (ledakan sinar gamma terdeteksi bersama dengan gelombang gravitasi). Baik gelombang gravitasi dan sinar gamma bergerak dengan kecepatan cahaya. Ini adalah bukti lain dari teori relativitas umum Albert Einstein. Ada kemungkinan bahwa setelah penggabungan, bintang-bintang neutron membentuk lubang hitam baru, karena mereka memiliki massa yang cukup. Namun, belum ada informasi yang cukup untuk pernyataan yang tidak ambigu.
V. Castown / T. Kawamura / B. Giacomazzo / R. Cholfi / A. Endrzzi
Tapi satu hal sudah bisa dikatakan pasti: setelah ledakan, banyak neutron yang tersisa bergabung dan membentuk unsur kimia.
Kita semua dan setiap elemen di Bumi terbuat dari bintang. Sebagai hasil dari Big Bang di awal waktu, unsur-unsur yang sangat ringan terbentuk - hidrogen dan helium. Unsur-unsur ini bergabung untuk membentuk bintang, di dalamnya, selama reaksi fusi, unsur-unsur dengan massa yang semakin besar muncul.
Ketika bintang menjadi supernova (runtuh dan ledakan berikutnya), elemen yang lebih berat pun tercipta. Namun, menurut Brown, kemunculan emas dan platina telah lama menjadi misteri. Bahkan ledakan supernova tidak cukup kuat untuk menciptakannya.
Ada teori yang menyatakan bahwa bintang kilon (dibentuk oleh penggabungan dua bintang neutron) mampu menghasilkan logam-logam ini. Dan karena para astronom dapat menentukan tepat waktu di mana penggabungan terjadi, mereka membenarkan teori ini. Warna dan kualitas cahaya yang tersisa setelah ledakan menegaskan pembentukan emas dan platinum. Para ilmuwan tampaknya telah menyaksikan alkimia beraksi.
"Emas di Bumi pernah dibuat setelah ledakan nuklir dari penggabungan [bintang neutron]," jelas Brown. - Sekarang saya memiliki cincin kawin platinum di jari saya. Coba pikirkan, itu muncul karena tabrakan bintang neutron!"
Era baru dalam astronomi akan datang
Penemuan yang dijelaskan menandai awal dari era baru dalam astronomi. Para ilmuwan akan dapat mempelajari benda langit tidak hanya dengan bantuan cahaya dan radiasi yang mereka pancarkan, tetapi juga menggabungkan pengamatan ini dengan informasi yang diperoleh selama analisis gelombang gravitasi. Informasi ini berisi bagaimana dua bintang neutron bergerak mengitari satu sama lain saat tabrakan terjadi, serta kumpulan informasi yang sangat besar tentang konsekuensinya.
Di sebelah kanan - visualisasi substansi bintang neutron. Di sebelah kiri - distorsi ruang-waktu di dekat ledakan. Karan Janey / Institut Teknologi Georgia
Kombinasi dari semua sumber informasi disebut astronomi multisaluran, yaitu astronomi yang didasarkan pada penambahan pengamatan spektrum elektromagnetik dengan pengamatan gelombang gravitasi. Ini telah menjadi impian para ilmuwan LIGO sejak observatorium itu didirikan.
“Bayangkan tinggal di ruangan tanpa jendela, dan yang dapat Anda lakukan hanyalah mendengar guntur tetapi tidak melihat petir,” jelas Vicki Kalogera, astrofisikawan di Universitas Northwestern dan anggota komunitas LIGO. - Sekarang bayangkan Anda dipindahkan ke sebuah ruangan dengan jendela. Mulai sekarang, Anda tidak hanya mendengar guntur, tetapi juga melihat kilat. Petir memberikan kesempatan yang benar-benar baru untuk mempelajari badai petir dan memahami apa yang sebenarnya terjadi."
Gelombang gravitasi adalah guntur. Mengamati ledakan melalui teleskop - petir.
Hanya sebulan yang lalu, tiga pendiri LIGO menerima Hadiah Nobel Fisika untuk karya rintisan mereka. Seperti yang diamati oleh Ed Young dari The Atlantic, pemberian penghargaan kepada tiga dari ratusan orang yang telah memberikan kontribusi signifikan pada proyek LIGO menciptakan situasi yang canggung dan kontroversial. Namun, hasil terbaru menunjukkan bahwa penghargaan untuk karya ilmiah memang pantas didapatkan.
Hal terbaik tentang mengamati gelombang gravitasi adalah prosesnya pasif. LIGO dan VIRGO akan "mendengar" gelombang gravitasi apa pun yang melewati Bumi pada hari yang sama. Setiap sinyal menandai awal pencarian baru untuk "harta karun", karena para ilmuwan perlu memahami apa yang menciptakan fluktuasi dalam ruang-waktu.
Para astronom berharap untuk melihat lebih banyak penggabungan lubang hitam dan bintang neutron. Tetapi fenomena yang lebih menarik dapat ditemukan. Jika observatorium LIGO dan VIRGO terus membaik, ada kemungkinan bahwa gelombang gravitasi yang tersisa dari Big Bang dapat dideteksi. Atau, yang lebih menarik, observatorium ini akan dapat mendeteksi sumber gelombang gravitasi yang sebelumnya tidak diketahui dan tidak dapat diprediksi.
"Saya sedih karena saya lahir setelah pendaratan manusia pertama di bulan," kata Thomas Corbitt, fisikawan dan anggota komunitas LIGO di Universitas Negeri Louisina. - Tetapi ketika Anda menjadi saksi peristiwa seperti ini, yang menjadi bukti keberhasilan besar kegiatan bersama, inspirasi muncul. Mereka memberi kita lebih banyak pengetahuan tentang Semesta."
Artikel asli dalam bahasa Inggris tersedia di sini.
