Observatorium mendeteksi lubang hitam 'runtuh'

Peningkatan ini memungkinkan observatorium mendeteksi sinyal dari tabrakan antara lubang hitam setiap dua hingga tiga hari, dibandingkan seminggu sekali atau lebih lama seperti sebelumnya.

Gelombang gravitasi yang dideteksi LIGO dihasilkan oleh objek-objek masif yang bergerak cepat dan meregangkan struktur ruang angkasa saat bergerak. Sejak LIGO mulai beroperasi pada tahun 2015, observatorium ini telah merekam sekitar 90 peristiwa gelombang gravitasi, yang sebagian besar berasal dari gerakan spiral pasangan lubang hitam yang bergabung menjadi satu.

Observatorium mendeteksi tabrakan lubang hitam

LIGO terdiri dari dua detektor, atau interferometer, yang terletak di Washington dan Louisiana. Interferometer membagi sinar laser menjadi dua dan memantulkannya bolak-balik di antara dua cermin yang ditempatkan di ujung dua tabung vakum panjang. Setiap tabung memiliki panjang 4 km dan disusun tegak lurus membentuk huruf L. Di persimpangan kedua tabung tersebut terdapat sebuah sensor.

Tanpa adanya gangguan di ruang angkasa, osilasi sinar-sinar tersebut akan saling meniadakan. Namun, jika ruang angkasa diregangkan oleh gelombang gravitasi, jarak antara sinar laser di kedua pipa harus saling menjauh, sehingga keduanya tidak akan bertumpang tindih sempurna, dan sensor akan mendeteksi "pergeseran fase" ini.

Besarnya peregangan yang ditimbulkan oleh gelombang gravitasi pada pipa biasanya hanya sebagian kecil dari lebar proton. Agar sensor dapat merekam perubahan sekecil itu, sistem harus diisolasi dari derau lingkungan dan laser itu sendiri.

Observatorium LIGO terdiri dari dua interferometer identik di Washington dan Louisiana (AS). Setiap interferometer terdiri dari dua tabung sepanjang 4 km yang disusun membentuk huruf L. (Foto: Xinhua/Caltech/MIT/LIGO Lab)

Selama peningkatan sebelum peluncuran observatorium tahun 2019-2020, para ilmuwan mengurangi kebisingan menggunakan teknik yang disebut "light squeezing".

Teknik ini bertujuan untuk mengurangi noise yang berasal dari cahaya laser itu sendiri. Cahaya terdiri dari partikel-partikel individual, sehingga ketika sinar laser mencapai sensor, foton-foton individual dapat tiba sebelum atau sesudahnya, sehingga gelombang laser tidak saling tumpang tindih dan saling meniadakan sepenuhnya, bahkan tanpa adanya gelombang gravitasi.

Teknik "light squeezing" menyuntikkan sinar laser tambahan ke dalam interferometer, dengan foton yang lebih seragam dan kurang bising, untuk mengurangi efek ini, jelas Lee McCuller, seorang fisikawan di Institut Teknologi California.

Tidak ada pengukuran yang sempurna.

Namun, karena aturan mekanika kuantum yang aneh, mengurangi ketidakpastian waktu kedatangan foton justru meningkatkan fluktuasi acak dalam intensitas gelombang laser. Hal ini menyebabkan sinar laser menekan cermin-cermin di interferometer dan membuatnya bergoyang, menciptakan jenis derau lain yang mengurangi sensitivitasnya terhadap gelombang gravitasi frekuensi rendah.

"Ini adalah fenomena alam yang indah, yang menunjukkan bahwa kita tidak dapat melakukan pengukuran yang benar-benar presisi, di mana penyempurnaan di satu titik mengorbankan di titik lain," kata Nergis Mavalvala, seorang fisikawan eksperimental di MIT.

Simulasi dua lubang hitam yang bertabrakan dan menyatu menjadi satu. (Foto: Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA)

Peningkatan yang dilakukan dari tahun 2020 hingga saat ini bertujuan untuk mengatasi masalah ini. Para ilmuwan telah membangun tabung vakum tambahan sepanjang 300 meter, dengan cermin di kedua ujungnya, untuk menyimpan sinar bantu selama 2,5 milidetik sebelum memasukkannya ke dalam interferometer. Fungsi tabung-tabung ini adalah untuk menyesuaikan panjang gelombang laser bantu, mengurangi derau frekuensi tinggi sekaligus mengurangi getaran cermin frekuensi rendah.

Dengan peningkatan ini, para peneliti akan dapat memperoleh informasi yang lebih detail tentang bagaimana lubang hitam menghasilkan gelombang gravitasi, termasuk bagaimana setiap lubang hitam berputar pada porosnya dan bagaimana mereka saling mengitari. Ini berarti teori relativitas umum Albert Einstein—yang memprediksi keberadaan lubang hitam dan gelombang gravitasi—akan diuji lebih ketat daripada sebelumnya.

Para astrofisikawan juga memprediksi bahwa gelombang gravitasi akan mengungkap jenis sinyal lain selain sinyal dari tabrakan dan penggabungan lubang hitam, seperti tanda gravitasi bintang yang runtuh sebelum menjadi supernova. Para ilmuwan juga berharap dapat mendeteksi gelombang gravitasi dari permukaan pulsar, bintang neutron berotasi yang memancarkan pulsa radiasi.

(Sumber: Zing News)

Berguna
Emosi
Kreatif
Unik

Sumber: https://vtc.vn/dai-quan-sat-phat-hien-cac-lo-den-dam-nhau-ar785809.html