Ahli astrofisika mengungkap deteksi gelombang gravitasi
Nature

Ahli astrofisika mengungkap deteksi gelombang gravitasi

Ilustrasi dua lubang hitam mengorbit satu sama lain.  Akhirnya lubang hitam akan bergabung.

Saat lubang hitam bergabung (ilustrasi), mereka menghasilkan gelombang gravitasi yang beriak melintasi Semesta.Kredit: Mark Garlick/SPL

Observatorium gelombang gravitasi telah merilis katalog terbaru mereka tentang tabrakan kosmik, sehingga jumlah total deteksi mereka menjadi 90. Pemangkasan baru dari 35 peristiwa termasuk satu yang menampilkan bintang neutron paling ringan yang pernah dilihat, serta dua bentrokan yang melibatkan lubang hitam yang sangat besar.

Deteksi berasal dari dua situs Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), di Louisiana dan Washington State, dan detektor saudara mereka, Virgo, di Italia. Mereka direkam selama 21 minggu operasi, dimulai pada 1 November 2019, yang menghasilkan tingkat deteksi rata-rata satu peristiwa setiap 4,2 hari. Sejak saat itu, kolaborasi telah berkembang hingga mencakup detektor KAGRA di Jepang, yang mulai melakukan pengamatan pada Februari 2020. Kolaborasi LIGO–Virgo–KAGRA menjelaskan hasilnya dalam makalah yang diposting di repositori pracetak arXiv1.

Gelombang gravitasi adalah riak dalam struktur ruang-waktu yang dihasilkan ketika massa besar berakselerasi. Seperti deteksi sebelumnya yang dilaporkan oleh LIGO–Virgo, yang terbaru semuanya dikaitkan dengan pasangan sisa-sisa bintang padat yang berputar satu sama lain dan bergabung. Sebagian besar, termasuk deteksi bersejarah pertama LIGO pada tahun 2015, telah melibatkan sepasang lubang hitam, tetapi dalam beberapa kasus salah satu atau kedua objek tersebut adalah bintang neutron.

Kolaborasi ini awalnya merilis data hanya pada deteksi kepercayaan tinggi, tetapi katalog terbaru — serta yang sebelumnya, dirilis pada Oktober 2020 — mencakup deteksi apa pun yang memiliki peluang lebih baik daripada gelombang gravitasi asli. Tim memperkirakan bahwa sekitar 10-15% kandidat terbaru dalam katalog adalah alarm palsu, “disebabkan oleh fluktuasi kebisingan instrumental”.

Hancur monster

Dari bentuk dan frekuensi gelombang yang dihasilkan oleh penggabungan, peneliti dapat menghitung detail sejumlah fitur untuk objek yang terlibat, termasuk massa dan jaraknya dari Bumi. 35 peristiwa terbaru bervariasi dalam jarak dari sekitar 245 juta hingga lebih dari 2,2 miliar parsec (800 juta hingga lebih dari 7 miliar tahun cahaya).

Dan mereka termasuk beberapa monster nyata: dua peristiwa melibatkan lubang hitam dengan massa lebih dari 60 kali massa Matahari. Bagi para astrofisikawan, keberadaan lubang hitam ini saja sudah menimbulkan masalah. Biasanya, lubang hitam diperkirakan terbentuk dari runtuhnya bintang yang sangat masif di akhir hidupnya. Tetapi teori yang berlaku memprediksi bahwa beberapa bintang yang sekarat seharusnya meledak daripada runtuh, yang seharusnya meninggalkan kelangkaan lubang hitam dalam kisaran kira-kira 65-120 massa matahari.

Penggabungan yang dilakukan LIGO dan Virgo pada 21 Mei 2019, terungkap dalam katalog tahun lalu, telah menantang asumsi itu karena melibatkan lubang hitam 85 massa matahari. Sekarang tim telah mengidentifikasi dua peristiwa outlier lagi, tampaknya lebih kecil kemungkinannya bahwa yang sebelumnya adalah kebetulan.

Alessandra Buonanno, seorang astrofisikawan LIGO di Institut Max Planck untuk Fisika Gravitasi di Potsdam, Jerman, mengatakan satu penjelasan yang mungkin adalah bahwa lubang hitam besar ini mungkin muncul sebagai akibat dari penggabungan sebelumnya, daripada runtuhnya sebuah bintang tunggal. “Apa yang kami lihat bisa menjadi biner generasi kedua,” katanya.

Observatorium melihat peristiwa menarik lainnya pada 19 Desember 2019, yang melibatkan lubang hitam 30 kali massa Matahari yang menelan bintang neutron yang sangat kecil. Dengan hanya 1,17 massa matahari, itu adalah salah satu bintang neutron paling ringan yang diketahui dan objek bermassa terendah yang pernah terdeteksi oleh LIGO–Virgo. Tapi Buonanno memperingatkan bahwa ini adalah salah satu deteksi kepercayaan yang lebih rendah, sehingga bisa mewakili kebisingan latar belakang daripada peristiwa asli.

Pengenalan pola

Ahli astrofisika LIGO lainnya, Daniel Holz di University of Chicago di Illinois, mengatakan bahwa keuntungan dari penggabungan lubang hitam semakin cukup besar bagi para peneliti untuk dapat melihat pola yang muncul. Yang paling mencolok adalah bahwa penggabungan lubang hitam cenderung lebih sering terjadi di galaksi yang jauh dari kita dalam ruang dan waktu.2.

Hasilnya adalah bahwa penggabungan lubang hitam semakin jarang terjadi seiring dengan matangnya alam semesta. “Ini konsisten dengan harapan dari teori,” kata Holz. “Ada lebih banyak bintang yang diciptakan lebih awal di Alam Semesta, dan oleh karena itu wajar untuk berharap bahwa akan ada lebih banyak lubang hitam yang tercipta, dan karena itu lebih banyak penggabungan lubang hitam.”

LIGO dan Virgo ditutup pada 27 Maret 2020 — lebih awal dari yang direncanakan karena pandemi COVID-19 — dan telah mengalami peningkatan besar-besaran. Mereka diharapkan untuk dibuka kembali pada akhir 2022 untuk pengamatan lain, yang bersama-sama dengan KAGRA dapat menggandakan hadiah lagi. Para peneliti berharap bahwa begitu mereka memiliki ratusan peristiwa untuk dibandingkan, mereka akan dapat melihat tren yang menunjukkan asal-usul dan sejarah sistem biner yang terlibat dalam penggabungan, serta sejarah Semesta itu sendiri. “Ketika kita sampai pada akhir itu, itu akan menjadi luar biasa,” kata Holz.

Sementara itu, para astronom di seluruh dunia masih berharap terulangnya penggabungan dua bintang neutron pada Agustus 2017, yang merupakan satu-satunya peristiwa gelombang gravitasi yang sejauh ini juga terlihat oleh observatorium konvensional.

Posted By : keluaran hk 2021