Martin Rees pernah berkata: “Menjadi jelas bahwa, dalam arti tertentu, ruang angkasa menyediakan satu-satunya laboratorium yang berhasil menciptakan kondisi ekstrim untuk menguji ide-ide baru dari fisika partikel. Energi Big Bang jauh lebih tinggi daripada yang bisa kita capai di Bumi. Jadi dalam mencari bukti Big Bang dan mempelajari hal-hal seperti bintang neutron, kami sebenarnya mempelajari fisika fundamental."
Jika ada satu perbedaan signifikan antara relativitas umum dan gravitasi Newtonian, ini adalah: dalam teori Einstein, tidak ada yang bertahan selamanya. Bahkan jika Anda memiliki dua massa yang benar-benar stabil yang mengorbit satu sama lain - massa yang tidak akan pernah terbakar, kehilangan materi, atau berubah - orbitnya secara bertahap akan membusuk. Dan jika, dalam gaya gravitasi Newton, dua massa berputar mengelilingi pusat gravitasi yang sama selamanya, relativitas umum memberi tahu kita bahwa sejumlah kecil energi hilang setiap kali massa dipercepat oleh medan gravitasi yang dilaluinya. Energi ini tidak hilang, tetapi terbawa dalam bentuk gelombang gravitasi. Dalam periode waktu yang cukup lama, energi yang cukup akan dipancarkan untuk disentuh dan digabungkan oleh dua massa yang berputar. LIGO telah mengamati ini tiga kali dengan lubang hitam. Tetapi mungkin sudah waktunya untuk mengambil langkah berikutnya dan melihat penggabungan pertama bintang neutron, kata Ethan Siegel dari Medium.com.
Setiap massa yang terperangkap dalam tarian gravitasi ini akan memancarkan gelombang gravitasi, menyebabkan orbitnya terganggu. Ada tiga alasan mengapa LIGO menemukan lubang hitam:
1. Mereka sangat besar
2. Mereka adalah objek paling padat di alam semesta
3. Di saat-saat terakhir penggabungan, mereka berputar pada frekuensi yang benar sehingga dapat diperbaiki oleh lengan laser LIGO
Semua ini bersama-sama - massa besar, jarak pendek, dan rentang frekuensi yang tepat - memberi tim LIGO area pencarian yang sangat luas di mana mereka dapat mencari merger lubang hitam. Riak dari tarian besar ini meluas hingga miliaran tahun cahaya dan bahkan mencapai Bumi.
Video promosi:
Meskipun lubang hitam harus memiliki cakram akresi, sinyal elektromagnetik yang seharusnya dihasilkan lubang hitam tetap sulit dipahami. Jika bagian elektromagnetik dari fenomena tersebut ada, itu pasti dihasilkan oleh bintang neutron.
Alam semesta memiliki banyak objek menarik lainnya yang menghasilkan gelombang gravitasi besar. Lubang hitam supermasif di pusat galaksi memakan awan gas, planet, asteroid, dan bahkan bintang dan lubang hitam lainnya sepanjang waktu. Sayangnya, karena cakrawala peristiwa mereka sangat besar, mereka bergerak sangat lambat di orbit dan memberikan rentang frekuensi yang salah untuk dideteksi LIGO. Katai putih, bintang biner, dan sistem planet lainnya memiliki masalah yang sama: objek-objek ini secara fisik terlalu besar sehingga mengorbit terlalu panjang. Selama itu kita membutuhkan sebuah observatorium luar angkasa dari gelombang gravitasi untuk melihatnya. Namun ada harapan lain yang memiliki kombinasi karakteristik yang tepat (massa, kekompakan, frekuensi yang tepat) untuk dilihat oleh LIGO: penggabungan bintang-bintang neutron.
Saat dua bintang neutron mengorbit satu sama lain, teori relativitas umum Einstein memprediksi peluruhan orbital dan radiasi gravitasi. Pada tahap akhir penggabungan - yang belum pernah terlihat dalam gelombang gravitasi - amplitudo akan mencapai puncaknya dan LIGO akan dapat mendeteksi peristiwa tersebut.
Bintang neutron tidak masif seperti lubang hitam, tetapi mungkin dua hingga tiga kali lebih masif dari Matahari: sekitar 10-20% dari massa peristiwa LIGO yang terdeteksi sebelumnya. Mereka hampir sekompak lubang hitam, dengan ukuran fisik hanya dalam radius sepuluh kilometer. Terlepas dari kenyataan bahwa lubang hitam runtuh menjadi singularitas, mereka memiliki cakrawala peristiwa, dan ukuran fisik bintang neutron (pada dasarnya hanya inti atom raksasa) tidak jauh lebih besar dari cakrawala peristiwa lubang hitam. Frekuensinya, terutama dalam beberapa detik terakhir penggabungan, sangat bagus untuk sensitivitas LIGO. Jika peristiwa terjadi di tempat yang tepat, kita dapat mempelajari lima fakta luar biasa.
Selama spiral berputar dan bergabungnya dua bintang neutron, sejumlah besar energi harus dilepaskan, serta elemen berat, gelombang gravitasi dan sinyal elektromagnetik, seperti yang ditunjukkan pada gambar.
Apakah bintang neutron benar-benar menciptakan ledakan sinar gamma?
Ada ide menarik: semburan sinar gamma pendek, yang sangat energik tetapi berlangsung kurang dari dua detik, disebabkan oleh penggabungan bintang-bintang neutron. Mereka berasal dari galaksi tua di daerah di mana tidak ada bintang baru yang lahir, yang berarti hanya mayat bintang yang bisa menjelaskannya. Tetapi sampai kita mengetahui bagaimana ledakan sinar gamma pendek muncul, kita tidak dapat memastikan apa yang menyebabkannya. Jika LIGO dapat mendeteksi penggabungan bintang neutron dari gelombang gravitasi, dan kita dapat melihat ledakan sinar gamma pendek segera setelah itu, itu akan menjadi konfirmasi akhir dari salah satu gagasan paling menarik dalam astrofisika.
Dua bintang neutron yang bergabung, seperti yang ditunjukkan di sini, berputar dan memancarkan gelombang gravitasi, tetapi lebih sulit dideteksi daripada lubang hitam. Namun, tidak seperti lubang hitam, mereka harus mengeluarkan sebagian massanya kembali ke alam semesta, di mana mereka akan berkontribusi di sana dalam bentuk unsur-unsur berat.
Ketika bintang neutron bertabrakan, berapa banyak massanya yang tidak menjadi lubang hitam?
Ketika Anda melihat unsur-unsur berat pada tabel periodik dan bertanya-tanya bagaimana mereka bisa terbentuk, supernova muncul di benak Anda. Bagaimanapun, cerita ini dipegang oleh para astronom dan sebagian benar. Tetapi sebagian besar unsur berat pada tabel periodik adalah merkuri, emas, tungsten, timah, dll. - sebenarnya lahir dalam tabrakan bintang neutron. Sebagian besar massa bintang neutron, pada urutan 90-95%, membentuk lubang hitam di tengahnya, tetapi lapisan luar yang tersisa terlontar, membentuk sebagian besar elemen ini di galaksi kita. Perlu dicatat bahwa jika massa gabungan dari dua bintang neutron yang bergabung jatuh di bawah ambang tertentu, mereka akan membentuk bintang neutron, bukan lubang hitam. Ini jarang terjadi, tetapi bukan tidak mungkin. Dan kita tidak tahu persis berapa banyak massa yang dibuang selama peristiwa semacam itu. Jika LIGO mendaftarkan acara seperti itu, kami akan mencari tahu.
Ini menggambarkan jangkauan Advanced LIGO dan kemampuannya untuk mendeteksi merger lubang hitam. Penggabungan bintang-bintang neutron hanya dapat jatuh dalam sepersepuluh dari jangkauan dan memiliki 0,1% dari volume biasanya, tetapi jika ada banyak bintang neutron, LIGO akan menemukannya.
Seberapa jauh LIGO dapat melihat penggabungan bintang neutron?
Pertanyaan ini bukan tentang alam semesta itu sendiri, melainkan tentang seberapa sensitif desain LIGO. Dalam kasus cahaya, jika objek berjarak 10 kali lebih jauh, maka akan 100 kali lebih redup; tetapi dengan gelombang gravitasi, jika objek 10 kali lebih jauh, sinyal gelombang gravitasi hanya akan 10 kali lebih lemah. LIGO dapat mengamati lubang hitam dalam jarak jutaan tahun cahaya, tetapi bintang neutron hanya akan terlihat jika mereka bergabung di gugus galaksi terdekat. Jika kita melihat penggabungan seperti itu, kita dapat memeriksa seberapa bagus perangkat keras kita, atau seberapa bagus seharusnya.
Ketika dua bintang neutron bergabung, seperti yang ditunjukkan di sini, mereka akan menciptakan pancaran sinar gamma, serta fenomena elektromagnetik lain yang, jika Bumi dekat, akan terlihat oleh observatorium terbaik kita.
Jenis pijar apa yang tersisa setelah penggabungan bintang-bintang neutron?
Kita tahu, dalam beberapa kasus, bahwa peristiwa kuat yang berhubungan dengan tabrakan bintang neutron telah terjadi dan meninggalkan tanda tangan di pita elektromagnetik lain. Selain sinar gamma, mungkin ada komponen ultraviolet, optik, inframerah atau radio. Atau bisa jadi komponen multispektral muncul di kelima pita, dalam urutan itu. Saat LIGO mendeteksi penggabungan bintang neutron, kami dapat menangkap salah satu fenomena alam yang paling mencengangkan.
Bintang neutron, meskipun terdiri dari partikel netral, menghasilkan medan magnet terkuat di alam semesta. Ketika bintang neutron bergabung, mereka akan menghasilkan gelombang gravitasi dan tanda elektromagnetik.
Untuk pertama kalinya, kita akan dapat menggabungkan astronomi gelombang gravitasi dengan tradisional
Peristiwa sebelumnya yang ditangkap oleh LIGO sangat mengesankan, tetapi kami belum memiliki kesempatan untuk mengamati penggabungan ini melalui teleskop. Kami pasti menghadapi dua faktor:
- Posisi kejadian tidak dapat ditentukan secara tepat hanya dengan dua detektor, pada prinsipnya
- Penggabungan lubang hitam tidak memiliki komponen elektromagnetik (cahaya) yang terang
Sekarang VIRGO bekerja selaras dengan dua detektor LIGO, kami dapat secara dramatis meningkatkan pemahaman kami tentang di mana gelombang gravitasi ini dihasilkan di luar angkasa. Namun yang lebih penting, karena penggabungan bintang neutron harus memiliki komponen elektromagnetik, ini bisa berarti bahwa untuk pertama kalinya astronomi gelombang gravitasi dan astronomi tradisional akan digunakan bersama untuk mengamati peristiwa yang sama di alam semesta!
Puntiran spiral dan penggabungan dua bintang neutron, seperti yang ditunjukkan di sini, akan menghasilkan sinyal gelombang gravitasi tertentu. Selain itu, momen fusi harus menciptakan radiasi elektromagnetik, unik dan dapat diidentifikasi dengan sendirinya.
Kita telah memasuki era baru astronomi, di mana kita tidak hanya menggunakan teleskop, tetapi juga interferometer. Kami tidak hanya menggunakan cahaya, tetapi juga gelombang gravitasi untuk melihat dan memahami alam semesta. Jika penggabungan bintang neutron muncul di LIGO, meskipun jarang, dan tingkat deteksinya rendah, kita akan melintasi perbatasan berikutnya. Langit gravitasi dan langit cahaya tidak akan asing lagi satu sama lain. Kita akan selangkah lebih dekat untuk memahami cara kerja objek paling ekstrem di Semesta, dan kita akan memiliki jendela ke ruang kita yang belum pernah dimiliki siapa pun sebelumnya.
Ilya Khel
