Penemuan membuka era baru dalam astronomi

Phát hiện mở ra kỷ nguyên mới trong thiên văn học - 1 — Kiri: Fisikawan Albert Einstein, kanan: Tn. Carl Knox - Spesialis Teknologi Kreatif dan Visualisasi Ilmiah , Universitas Teknologi Swinburne, Australia.

Itulah penemuan pertama gelombang gravitasi. Penemuan ini membuktikan prediksi kunci teori relativitas umum Einstein. Kini, penemuan baru gelombang gravitasi telah memverifikasi teori Stephen Hawking—tokoh "raksasa" lain di bidang astronomi.

Apa itu gelombang gravitasi?

Gelombang gravitasi adalah "riak" dalam struktur ruang-waktu yang bergerak dengan kecepatan cahaya. Gelombang ini dihasilkan oleh objek-objek masif yang dipercepat secara ekstrem, seperti tabrakan lubang hitam atau penggabungan sisa-sisa bintang masif yang disebut bintang neutron.

Riak-riak yang menjalar melalui alam semesta ini pertama kali diamati secara langsung pada tanggal 14 September 2015 oleh dua detektor Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) di AS.

Sinyal pertama, yang disebut GW150914, berasal dari tabrakan dua lubang hitam, yang masing-masing bermassa lebih dari 30 kali massa Matahari dan berjarak lebih dari satu miliar tahun cahaya dari Bumi.

Ini adalah bukti langsung pertama gelombang gravitasi, seperti yang diprediksi oleh teori relativitas Einstein 100 tahun sebelumnya. Atas penemuan ini, tiga ilmuwan, Rainer Weiss, Barry Barish, dan Kip Thorne, dianugerahi Hadiah Nobel Fisika 2017.

Simulasi menunjukkan gelombang gravitasi yang diciptakan oleh dua lubang hitam yang saling mengorbit ( Video : MPI).

Ratusan sinyal dalam waktu kurang dari satu dekade

Sejak 2015, lebih dari 300 gelombang gravitasi telah diamati oleh LIGO, bersama dengan detektor Virgo Italia dan KAGRA Jepang.

Hanya beberapa minggu yang lalu, kolaborasi internasional LIGO/Virgo/KAGRA mengumumkan hasil terbaru dari pengamatan keempatnya, yang jumlahnya lebih dari dua kali lipat jumlah gelombang gravitasi yang diketahui.

Sepuluh tahun setelah penemuan pertama, sebuah kolaborasi internasional termasuk ilmuwan Australia dari Pusat Penemuan Gelombang Gravitasi Dewan Riset Australia (OzGrav) baru-baru ini mengumumkan sinyal gelombang gravitasi baru, GW250114.

Sinyal ini merupakan salinan hampir sempurna dari sinyal gelombang gravitasi pertama yang diberi kode GW150914.

Phát hiện mở ra kỷ nguyên mới trong thiên văn học - 2 — Gelombang gravitasi yang diamati GW250114 (LVK 2025). Data observasi ditampilkan dalam warna abu-abu muda. Kurva biru halus menunjukkan model bentuk gelombang teoretis yang paling sesuai, yang menunjukkan kesesuaian yang sangat baik dengan sinyal yang diamati.

Tabrakan lubang hitam yang menghasilkan GW250114 memiliki sifat fisik yang sangat mirip dengan GW150914. Namun, berkat peningkatan signifikan pada detektor gelombang gravitasi selama dekade terakhir, sinyal baru tersebut terlihat jauh lebih jelas (hampir empat kali lebih kuat daripada GW150914).

Menariknya, hal ini memungkinkan kita menguji gagasan fisikawan pionir lainnya, yaitu Stephen Hawking.

Hawking juga benar.

Lebih dari 50 tahun yang lalu, fisikawan Stephen Hawking dan Jacob Bekenstein merumuskan serangkaian hukum yang menjelaskan lubang hitam.

Hukum kedua mekanika lubang hitam Hawking, juga dikenal sebagai teorema luas Hawking, menyatakan bahwa luas cakrawala peristiwa lubang hitam harus selalu bertambah. Dengan kata lain, lubang hitam tidak dapat runtuh.

Sementara itu, Bekenstein menunjukkan bahwa luas lubang hitam berhubungan langsung dengan entropinya (atau ketidakteraturannya). Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa entropi harus selalu meningkat: alam semesta selalu menjadi semakin tidak teratur. Karena entropi lubang hitam juga harus meningkat seiring waktu, hal ini menunjukkan bahwa luasnya juga harus meningkat.

Bagaimana kita bisa menguji gagasan ini? Ternyata tabrakan antar lubang hitam adalah alat yang sempurna. Ketepatan pengukuran baru ini memungkinkan para ilmuwan untuk melakukan pengujian teorema luas Hawking yang paling akurat hingga saat ini.

Percobaan sebelumnya menggunakan deteksi pertama, GW15091, menunjukkan bahwa sinyal tersebut konsisten dengan hukum Hawking, tetapi tidak dapat memastikannya dengan pasti.

Lubang hitam ternyata adalah objek yang sangat sederhana. Luas cakrawala lubang hitam bergantung pada massa dan rotasinya, satu-satunya parameter yang diperlukan untuk mendeskripsikan lubang hitam astronomis. Pada gilirannya, massa dan rotasi menentukan bentuk gelombang gravitasi.

Dengan mengukur massa dan putaran pasangan lubang hitam yang masuk secara terpisah, dan membandingkannya dengan massa dan putaran lubang hitam terakhir yang tersisa setelah tumbukan, para ilmuwan dapat membandingkan luas dua lubang hitam individual yang bertabrakan dengan luas lubang hitam terakhir.

Data menunjukkan kesesuaian yang sangat baik dengan prediksi teoritis bahwa luas area harus meningkat, yang sangat mendukung hukum Hawking.

Pengamatan gelombang gravitasi di masa depan akan memungkinkan kita menguji teori ilmiah yang lebih eksotis, dan bahkan mungkin menyelidiki sifat komponen alam semesta yang hilang, materi gelap dan energi gelap.

Komentar (0)