LIGO Mendeteksi Gelombang Gravitasi Yang Kedua

Lagi! Ada gelombang gravitasi melanda Bumi!

Hanya beberapa bulan sejak gelombang gravitasi dideteksi untuk pertama kali, para ilmuwan menerima kejutan lain. Ada gelombang gravitasi lainnya yang melanda Bumi. Riak pada ruang waktu yang dibicarakan Einstein pada tahun 1916 memang ada. Dan riak  yang dideteksi dari tabrakan dua lubang hitam pada bulan September 2015 olehLaser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) bukan hanya bukti kebetulan atau durian runtuh buat para ilmuwan. Juga bukan bukti satu-satunya.

Riak pada ruang waktu ternyata bukan sesuatu yang sangat langka. Indikasinya ada pada deteksi kedua gelombang gravitasi oleh LIGO.  Inilah fajar dari era gelombang gravitasi di astronomi! Informasi tidak hanya diperoleh dengan memanfaatkan gelombang elektromagnetik dan neutrino saja. Di masa depan, gelombang gravitasi akan menjadi kurir informasi baru yang membantu manusia untuk memahami lubang hitam maupun obyek tak terlihat lainnya di alam semesta.

Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory atau LIGO yang baru saja diperbaharui programnya menjadi Advance LIGO akan dapat berfungsi sebagai observatorium yang secara rutin mendeteksi kehadiran gelombang gravitasi yang melanda Bumi.

Riak pada ruang waktu atau yang dikenal juga sebagai gelombang gravitasi mengirimkan sinyal keduanya pada tanggal 26 Desember 2015 ketika sebagian masyarakat sedang menikmati libur Natal mereka. LIGO yang sedang aktif bertugas berhasil mendeteksi terjadinya pemampatan pemuaian akibat lewatnya gelombang gravitasi pada Bumi. Berita disebarkan dan para ilmuwan siap untuk menganalisa kejadian tersebut.

Jadi darimanakah sinyal kali ini datang?
Berdasarkan data yang diperoleh tim LIGO, gelombang gravitasi terdeteksi pada 26 Desember 2015 pukul 03:38:53 UTC atau 10:38:53 WIB. Riak yang berhasi dideteksi ini diberi kode GW151226 dan diketahui berasal dari penggabungan dua lubang hitam yang membentuk sebuah lubang hitam yang lebih masif.

Pada awalnya, dua lubang hitam akan saling mengitari satu sama lain. Semakin lama keduanya akan saling mendekat. Saat jarak semakin kecil, laju keduanya juga semakin cepat dan bergerak l saling mendekati satu sama lainnya. Pada proses tersebut ruang waktu di sekitar lubang hitam menjadi terdistorsi dan terpancarlah radiasi berupa gelombang gravitasi. Akhirnya kedua benda langit itu bersatu membentuk lubang hitam tunggal. Pada tahap inilah riak gelombang gravitasi dipancarkan. Setelah itu, gelombang gravitasi pun semakin melemah.

Sinyal yang diterima LIGO datang dari masa lalu yang sangat jauh. Jarak tempuh sinyal ini 1,4 miliar tahun cahaya. Artinya kita sedang menerima informasi kejadian tabrakan lubang hitam yang terjadi 1,4 miliar tahun lalu. Dan rupanya kedua lubang hitam yang bergabung itu berasal dari bintang ganda yang memiliki anggota dua bintang mampat. Atau dengan kata lain, kedua anggotanya merupakan bintang neutron, katai putih atau lubang hitam. Proses penggabungan dua obyek yang sangat mampat inilah yang bisa menimbulkan riak pada alam semesta dan pada akhirnya dideteksi LIGO.

Dalam pengamatan 2 instrumen kembar Advance LIGO di Hanford, Washington dan Livingston, Louisiana, data yang diperoleh berasal dari detik-detik terakhir sebelum kedua lubang hitam bergabung. Menarik bukan? Tapi, berbeda dengan GW150914, sinyal GW151226 tidak dapat dengan mudah dikenali sebagai gelombang gravitasi. Sinyal yang diterima lebih lemah dibanding sebelumnya. Selain kedua gelombang gravitasi tersebut, LIGO juga mendeteksi kandidat lain pada saat mendeteksi GW150914. Akan tetapi sinyalnya yang sangat lemah membuat tim LIGO belum bisa memastikan keberadaannya sebagai gelombang gravitasi.

Tabrakan dua lubang hitam tersebut menghasilkan gelombang gravitasi frekuensi tinggi yang tampak lebih lama dibanding riak GW150914 yang dideteksi sebelumnya. Sinyal yang diterima berlangsung cukup lama yakni selama 1 detik.  Berbeda dengan sinyal dari GW150914 yang hanya berlangsung selama 0,2 detik. Analisa data memperlihatkan kalau sinyal yang diterima merupakan gelombang gravitasi yang sedang melewati Bumi.

Lubang Hitam seperti apakah yang bergabung?
Setelah dianalisa, peristiwa katastropik yang melibatkan dua lubang hitam yang saling bertabrakan dan kemudian bergabung itu ternyata lebih kecil dibanding dua lubang hitam pada GW150914. Tak mengherankan jika sinyal yang diterima pun lebih lemah. Tapi, sebaran sinyal GW151226 selama satu detik saat dideteksi LIGO memberi keuntungan lain. Para ilmuwan bisa menjadi saksi detik-detik terakhir sebelum terjadi penggabungan. Atau lebih tepatnya, para ilmuwan bisa menyaksikan 27 orbit kedua lubang hitam saat saling mengitari sampai keduanya bertabrakan dan bergabung. Ini penting untuk mengetahui parameter lubang hitam yang terlibat dan untuk uji coba relativitas umum.

GW151226 berasal dari dua lubang hitam yang masing-masing memiliki massa awal 14 dan 8 kali massa Matahari. Setelah bergabung, keduanya membentuk lubang hitam baru dengan massa 21 kali massa Matahari. Ada massa yang hilang. Seharusnya lubang hitam baru itu massanya 22 kali massa Matahari. Massa yang hilang ini diubah menjadi energi dalam bentuk gelombang gravitasi yang kemudian melanglang angkasa dan tiba di Bumi 1,4 miliar tahun kemudian. Lubang hitam ini lebih kecil karena penggabungan pada GW150914 menghasilkan lubang hitam baru yang massanya 62 kali massa Matahari. Massa awal keduanya diketahui 36 dan 29 kali massa Matahari.

Rotasi Lubang Hitam
Sama seperti Bumi yang berotasi, kedua lubang hitam juga berotasi saat mengelilingi satu sama lainnya. Kemiringan sumbu rotasi Bumi membuat penduduk Bumi memiliki musim yang berbeda. Pada pasangan lubang hitam GW151226, kecepatan rotasi dan kemiringan sumbu rotasi keduanya dapat mempengaruhi panjangnya sinyal yang dideteksi. Kemiringan sumbu rotasi lubang hitam terhadap gerak rotasi bisa memiliki sudut berapapun.

Jika laju putarannya besar dan arah rotasi sama dengan lubang hitam pasangan, maka keduanya bisa bertemu pada jarak yang sangat dekat sebelum kemudian bergabung. Tapi, jika lubang hitam berputar berlawanan dengan arah rotasi orbit, maka interaksi keduanya akan menghasilkan penggabungan pada jarak yang jauh. Akibatnya, sinyal gelombang gravitasi yang dihasilkan merupakan sinyal pendek. Apabila rotasi lubang hitam tidak sejajar rotasi orbitnya, kedua lubang hitam akan bergerak spiral menuju satu sama lainnya dan bergabung.

Untuk GW151226, tampaknya lubang hitam yang lebih besar berputar pada arah yang sama dengan gerak orbit. Akan tetapi kemiringannya tidak dapat diketahui. Setelah bergabung, lubang hitam yang terbentuk juga berotasi dengan laju sekitar 70% dari laju maksimum yang bisa dimiliki dari penggabungan. Sebelum bergabung, lubang hitam yang lebih masif berotasi 20% dari maksimum putaran yang bisa dimiliki secara teori.

Lokasi sumber gelombang gravitasi juga dapat diketahui dari perbedaan waktu sinyal yang diterima detektor pada lokasi yang berbeda. Akan tetapi dengan dua detektor, para ilmuwan hanya dapat melakukan perkiraan kasar asal riak tersebut. Gelombang gravitasi yang diterima LIGO diperkirakan berada dalam area 850 derajat persegi di langit atau 4000 kali area Bulan Purnama. Di masa depan, perpaduan data dari gelombang gravitasi, elektromagnetik dan neutrino diharapkan dapat memberi informasi yang lebih baik terkait lubang hitam tersebut.

Apa Implikasinya?
GW151226 merupakan pasangan lubang hitam pertama dalam rentang massa tersebut yang berhasil diamati. Lubang hitam tidak memancarkan cahaya, maka kehadiran kurir informasi seperti gelombang gravitasi akan sangat membantu para ilmuwan untuk menemukan sistem lubang hitam ganda yang tidak dapat diamati oleh gelombang elektromagnetik dari panjang gelombang radio, cahaya tampak, ultraviolet, sinar-X hingga sinar gamma.

Sistem lubang hitam ganda bisa terbentuk dengan beberapa cara. Bisa saja keduanya merupakan pasangan bintang masif yang lahir dan berevolusi bersama sampai kemudian keduanya berakhir sebagai lubang hitam di akhir hidupnya. Atau sebagai bintang tunggal yang terbentuk berdekatan dan kemudian saling berinteraksi dan terperangkap sebagai sistem bintang ganda. Dan tampaknya, karakter GW151226 memiliki kesesuaian dengan kedua skenario tersebut sehingga belum bisa ditentukan bagaimana awal mula kedua bintang tersebut.

Penemuan GW151226 dan GW 150914 menjadi indikasi kalau lubang hitam ganda massa-bintang di alam semesta lebih banyak dari yang diperkirakan sebelumnya. Deteksi kedua peristiwa tersebut sekaligus menjadi fajar bagi era gelombang gravitasi yang akan membawa informasi tentang populasi sistem bintang ganda sejenis.

Bersama Advance LIGO, Virgo di Italia, GEO600 di Jerman, dan TAMA300 di Jepang, diharapkan kita bisa memperoleh lebih banyak informasi tersembunyi di alam semesta dan menjejak masal lalu alam semesta itu sendiri.