Miliaran tahun lalu, dua lubang hitam yang jauh lebih besar dari Matahari - masing-masing 31 dan 19 massa Matahari - bergabung bersama di galaksi yang jauh. Pada tanggal 4 Januari 2017, gelombang gravitasi ini, bergerak melalui alam semesta dengan kecepatan cahaya, akhirnya mencapai Bumi, di mana mereka meremas dan meregangkan planet kita menjadi beberapa atom. Ini cukup bagi dua detektor LIGO di Washington DC dan Louisiana untuk menangkap sinyal dan merekonstruksi apa yang sebenarnya terjadi. Untuk ketiga kalinya dalam sejarah, kami mengamati gelombang gravitasi secara langsung. Sementara itu, teleskop dan observatorium di seluruh dunia, termasuk yang ada di orbit Bumi, mencari sinyal yang sama sekali berbeda: sesuatu seperti cahaya atau radiasi elektromagnetik yang dapat dipancarkan oleh lubang hitam yang bergabung ini.
Ilustrasi dari dua lubang hitam yang bergabung dengan massa yang sebanding dengan yang terlihat di LIGO. Diharapkan bahwa fusi semacam itu menghasilkan sinyal elektromagnetik yang sangat sedikit, tetapi keberadaan zat yang sangat panas di dekat objek tersebut dapat mengubah hal ini.
Menurut model fisika terbaik kami, penggabungan lubang hitam seharusnya tidak memancarkan cahaya sama sekali. Singularitas masif yang dikelilingi oleh cakrawala peristiwa dapat memancarkan gelombang gravitasi karena perubahan kelengkungan ruang-waktu, saat ia berputar di sekitar massa raksasa lain, dan relativitas umum menyiratkan hal ini. Karena energi gravitasi dalam bentuk radiasi harus datang dari suatu tempat, lubang hitam terakhir setelah penggabungan akan menjadi beberapa massa matahari lebih ringan dari penjumlahan sumber yang menghasilkannya. Ini sepenuhnya konsisten dengan dua penggabungan lain yang diamati LIGO: sekitar 5% dari massa asli diubah menjadi energi murni dalam bentuk radiasi gravitasi.
Massa sistem lubang hitam biner yang diketahui, termasuk tiga merger LIGO yang dikonfirmasi dan satu kandidat merger
Tetapi jika ada sesuatu di luar lubang hitam ini, seperti cakram akresi, firewall, cangkang keras, awan difus, atau apa pun, percepatan dan pemanasan bahan ini dapat menciptakan radiasi elektromagnetik yang bergerak bersama dengan gelombang gravitasi kita. Setelah deteksi LIGO pertama, Fermi Gamma-ray Burst Monitor menyatakan bahwa ia telah mendeteksi ledakan energi tinggi yang bertepatan dengan waktu sinyal gelombang gravitasi. Sayangnya, satelit ESA tidak hanya gagal untuk mengkonfirmasi hasil Fermi, tetapi para ilmuwan yang bekerja di sana menemukan kekurangan dalam analisis data Fermi, yang sepenuhnya mendiskreditkan hasil mereka.
Penggabungan dua lubang hitam melalui mata seorang seniman, dengan piringan akresi. Kepadatan dan energi materi di sini tidak cukup untuk menciptakan sinar gamma atau semburan sinar-X, tetapi siapa yang tahu kemampuan alam.
Penggabungan kedua tidak menunjukkan tanda-tanda sinyal elektromagnetik seperti itu, tetapi ini tidak mengherankan: lubang hitam memiliki massa yang jauh lebih ringan, sehingga sinyal apa pun yang mereka hasilkan akan memiliki besaran yang lebih rendah. Tapi merger ketiga juga memiliki massa yang besar, lebih sebanding dengan yang pertama daripada yang kedua. Meskipun Fermi tidak mengatakan apa-apa, dan satelit Integral ESA juga tetap diam, ada dua petunjuk bahwa radiasi elektromagnetik mungkin telah terjadi. Satelit AGILE Badan Antariksa Italia merekam suar samar berumur pendek yang terjadi setengah detik sebelum penggabungan di LIGO, dan pengamatan sinar-X, radio, dan optik yang digabungkan diidentifikasi secara aneh.
Jika semua ini dapat dikaitkan dengan penggabungan lubang hitam, itu akan sangat luar biasa. Kami hanya tahu sedikit tentang lubang hitam secara umum, apa yang dapat kami katakan tentang penggabungan lubang hitam. Kami belum pernah melihat mereka dengan mata kepala sendiri, meskipun Teleskop Horizon Peristiwa akan mengambil gambar sebelum akhir tahun ini. Kami baru tahu tahun ini bahwa lubang hitam tidak memiliki cangkang keras yang mengelilingi cakrawala peristiwa, tetapi fakta ini juga bersifat statistik. Jadi, ketika menyangkut kemungkinan bahwa lubang hitam mungkin memiliki kebocoran elektromagnetik, ada baiknya untuk tetap berpikiran terbuka.
Video promosi:
Quasar masif di kejauhan menunjukkan lubang hitam supermasif di intinya, dan kebocoran elektromagnetiknya mudah dideteksi. Tapi kita belum melihat penggabungan lubang hitam (terutama yang bermassa rendah, kurang dari 100 matahari) memancarkan apapun yang dapat dideteksi.
Sayangnya, tidak satu pun dari pengamatan ini memberikan data yang diperlukan untuk mengarahkan kita pada kesimpulan bahwa penggabungan lubang hitam dapat memancarkan apa pun dalam spektrum elektromagnetik. Secara umum, cukup sulit untuk mendapatkan bukti yang meyakinkan, karena bahkan detektor LIGO kembar, yang bekerja dengan akurasi luar biasa, tidak dapat menentukan lokasi sinyal gelombang gravitasi dengan lebih akurat daripada hingga satu atau tiga konstelasi. Karena gelombang gravitasi dan gelombang elektromagnetik bergerak dengan kecepatan cahaya, sangat kecil kemungkinannya akan ada penundaan hampir 24 jam di antara keduanya. Selain itu, peristiwa transien terjadi pada jarak yang tidak memungkinkannya dikaitkan dengan gelombang gravitasi.
Area pengamatan observatorium AGILE pada saat pengamatan LIGO dengan kemungkinan lokasi sumber gelombang gravitasi ditunjukkan dalam garis ungu
Pengamatan AGILE berpotensi mengisyaratkan bahwa sesuatu yang menarik sedang terjadi. Saat peristiwa gelombang gravitasi terdeteksi, AGILE ditujukan ke area ruang yang berisi 36% dari area studi LIGO. Menurut para ilmuwan, "kelebihan foton sinar-X yang terdeteksi" muncul di suatu tempat di atas latar belakang rata-rata yang biasa. Tapi melihat data, pertanyaan pertama yang diajukan para ilmuwan adalah: Seberapa meyakinkan mereka?
Beberapa detik sebelum merger LIGO, mereka mengeluarkan acara menarik, berlabel E2 di tiga grafik di atas. Setelah analisis menyeluruh di mana mereka menghubungkan apa yang mereka lihat dan jenis fluktuasi acak apa yang dapat terjadi secara alami, mereka menyimpulkan bahwa sesuatu yang menarik telah terjadi dengan probabilitas 99,9%. Dengan kata lain, mereka melihat sinyal nyata, bukan fluktuasi acak. Ada banyak objek di alam semesta yang memancarkan sinar gamma dan sinar-X yang membentuk latar belakang. Tapi bisakah insiden itu dikaitkan dengan penggabungan gravitasi dua lubang hitam?
Simulasi komputer dari dua lubang hitam yang bergabung dengan produksi gelombang gravitasi. Pertanyaannya adalah, apakah sinyal ini menyertai semburan elektromagnetik?
Jika ya, mengapa satelit lain tidak melihatnya? Saat ini, kita dapat menyimpulkan bahwa jika lubang hitam memiliki bagian elektromagnetik, maka:
- sangat lemah
- lahir hanya dengan energi rendah
- tidak memiliki komponen optik, radio atau sinar gamma yang terang
- tidak terjadi bersamaan dengan pelepasan gelombang gravitasi.
Lubang hitam biner dengan 30 massa matahari, yang pertama kali dicatat oleh LIGO, sulit untuk terbentuk tanpa keruntuhan langsung. Sekarang, ketika mereka telah diamati dua kali, menjadi jelas bahwa pasangan lubang hitam cukup umum. Apakah mereka memiliki radiasi elektromagnetik?
Selain itu, semua yang kita lihat sangat cocok dengan fakta bahwa lubang hitam yang bergabung tidak memiliki bagian elektromagnetik. Tetapi mungkinkah ini karena kami tidak memiliki cukup data? Jika kita membangun lebih banyak detektor gelombang gravitasi, melihat lebih banyak penggabungan lubang hitam bermassa tinggi, lebih baik menemukannya, melihat lebih banyak peristiwa sementara - kita dapat menemukan jawaban untuk pertanyaan itu. Jika misi dan observatorium yang harus mengumpulkan data semacam itu dibangun, ditugaskan, dan diletakkan di orbit, jika perlu, maka dalam 15 tahun kami akan menerima konfirmasi ilmiah.
ILYA KHEL
