Era Baru Gelombang Gravitasi Bersama LIGO & VIRGO

Era Gelombang Gravitasi dimulai ketika para astronom berhasil mendeteksi tabrakan dua lubang hitam dengan detektor LIGO pada tahun 2015. Babak baru dalam astronomi ini terus berlanjut dengan dideteksinya gelombang gravitasi lainnya, termasuk tabrakan kosmik dua lubang hitam yang dideteksi interferometer LIGO dan VIRGO pada bulan Agustus 2017.

Penggabungan Lubang Hitam GW170814

Gelombang gravitasi keempat berhasil dideteksi oleh 3 detektor sekaligus. Dua diantaranya adalah detektor Advanced LIGO di Amerika Serikat yang berada di Livingston, LA dan Hanford, WA, sedangkan satu lagi adalah detektor Advanced VIRGO di Pisa, Italia.

Gelombang gravitasi yang berhasil dideteksi Advanced LIGO dan Advanced Virgo, lagi – lagi merupakan penggabungan dua lubang hitam bermassa cukup besar yakni 31 dan 25 massa Matahari. Kedua lubang hitam yang berada pada jarak 1,8 miliar tahun cahaya dari Bumi itu membentuk sebuah lubang hitam baru yang massanya jauh lebih besar yakni 53 massa Matahari. Terjadi kehilangan massa sebesar 3 massa Matahari yang dikonversi sebagai gelombang gravitasi saat terjadinya tabrakan atau penggabungan. Kedua lubang hitam yang bergabung dalam GW170814 memiliki kemiripan dengan 2 peristiwa sebelumnya yakni, GW150914 dan GW170104.

Sinyal peristiwa penggabungan kedua lubang hitam GW170814 pertama kali dideteksi oleh LIGO Livingston pada tanggal 14 Agustus 2017 pukul 10:30:43 UT atau 17:30:43 UT. Jika sinyal tersebut bukan dari gelombang gravitasi, maka dua detektor lain di tempat terpisah tidak akan menerima sinyal yang sama. Ternyata, memang benar ada dua lubang hitam yang sedang bergabung. Sinyal yang sama diterima juga oleh detektor LIGO Hanford dan detektor Virgo dengan keterlambatan 8 milidetik dan 14 milidetik.

Kehadiran gelombang gravitasi keempat ini menarik karena, untuk pertama kalinya pendeteksian dilakukan oleh 3 detektor sekaligus. Detektor Virgo di Italia resmi berkolaborasi dengan LIGO pada tanggal 1 Agustus 2017. Dan baru dua minggu bertugas, ketiganya sudah berhasil mendeteksi kehadiran gelombang gravitasi yang menerpa Bumi akibat bergabungnya dua lubang hitam.

Kehadiran VIRGO dalam kolaborasi ini sangat penting karena semakin banyak detektor yang bertugas, maka semakin presisi posisi obyek yang dideteksi. Desain LIGO dan Virgo yang berbeda juga memberi keuntungan lain karena keduanya bisa saling mengonfirmasi pola polarisasi gelombang gravitasi. Hasil deteksi interferometer VIRGO berperan penting untuk menguji polarisasi Gelombang Gravitasi dan melihat bagaimana gelombang gravitasi mendistorsi ruang waktu dalam 3 dimensi. Dari sini akan diketahui apakah polarisasi gelombang gravitasi itu sesuai dengan yang diprediksikan oleh relativitas umum atau teori lain. Hasilnya, gelombang gravitasi yang dideteksi memang konsisten dengan pola polarisasi dalam Relativitas Umum.

Bergabungnya Dua Lubang Hitam

Gelombang gravitasi yang kita bicarakan ini mirip riak pada permukaan air ketika ada batu yang dilempar ke air yang tenang. Hal serupa terjadi pada gelombang gravitasi. Menurut Einstein, ketika ada benda bermassa sangat besar dan bergerak dipercepat, akan terbentuk riak kecil pada ruang waktu di sekitarnya dan menjalar menjauhi benda tersebut. Riak pada ruang waktu inilah yang disebut sebagai gelombang gravitasi dengan laju penjalaran sama dengan laju cahaya, yaitu tiga ratus ribu kilometer perdetik. Riak pada ruang waktu inilah yang dipelajari karena membawa informasi dari sumber terjadinya riak tersebut, meski riaknya amat sangat kecil. – Rukman Nugraha

Ketika, ide ini pertama kali dilontarkan, gelombang gravitasi hanya bisa ditemukan dalam tataran teori di makalah ilmiah. Untuk mengkonfirmasi teori, butuh data pengamatan. Dan inilah yang kemudian diberikan oleh LIGO dan sekarang ditambah VIRGO saat berhasil mengamati riak dalam ruang waktu yang dihasilkan oleh peristiwa katastrofik penggabungan dua lubang hitam.

Tercatat sampai saat ini ada 5 gelombang gravitasi yang dideteksi dari penggabungan dua lubang hitam. Empat diantaranya sudah berhasil dikonfirmasi sebagai gelombang gravitasi sementara ada satu sinyal gelombang gravitasi yang masih berupa kandidat yakni LVT151012. Ketiga gelombang gravitasi lainnya yang berhasil dideteksi detektor Advanced Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) adalah GW150914, GW151226, dan GW170104. Ketiganya merupakan hasil tabrakan dan penggabungan dua lubang hitam dengan massa yang cukup besar.

Gelombang gravitasi dari GW150914 dan GW151226 merupakan peristiwa pionir yang membuktikan keberadaan gelombang gravitasi di awal alam semesta yang diprediksi Einstein di tahun 1916 dalam relativitas umum. Pendeteksian gelombang gravitasi dalam dua peristiwa penggabungan lubang hitam tersebut menjadi kurir informasi baru yang bisa menceritakan kondisi di alam semesta.

Peristiwa GW150914 yang dideteksi LIGO memperlihatkan terjadinya penggabungan lubang hitam 36 dan 29 massa Matahari jadi lubang hitam baru dengan massa 62 massa Matahari, dan kehilangan massa 3 massa Matahari yang dikonversi sebagai gelombang gravitasi. Itu titik awal kita bisa menemukan sinyal yang tepat dari gelombang gravitasi.

Sebelumnya ada sinyal salah yang disinyalir dan diumumkan sebagai gelombang gravitasi. Peristiwa kedua yang semakin memperkuat kehadiran gelombang gravitasi terjadi saat dua lubang hitam yang massanya lebih kecil bergabung. Peristiwa yang terdeteksi LIGO pada bulan Desember 2015 itu merupakan gabungan lubang hitam dengan massa 14,5 dan 7,5 massa Matahari yang membentuk lubang hitam GW151226 dengan massa 20,8 massa Matahari.

Peristiwa ketiga yakni GW170104 dideteksi pada tanggal 4 Januari 2017 saat pasangan lubang hitam dengan massa 31,2 dan 19,4 massa Matahari bergabung membentuk lubang hitam baru dengan massa 48,7 massa Matahari dan 2 massa Matahari dikonversi menjadi gelombang gravitasi.

Kurir Informasi Alam Semesta

Penemuan gelombang gravitasi membuka jendela baru yang memperkaya pemahaman kita akan suatu obyek di alam semesta (bahkan alam semesta sendiri). – Rukman Nugraha, astronom yang bekerja di BMKG-

Sebagai kurir informasi, seperti halnya gelombang elektromagnetik maupun neutrino, gelombang gravitasi juga membawa cerita dari setiap peristiwa yang disaksikannya dan memberi perspektif baru bagi kita untuk memahami alam semesta, dengan cara yang juga berbeda.

Selama ini kisah dari alam semesta itu diterima dari cahaya dalam berbagai panjang gelombang mulai dari radio, cahaya tampak, ultraviolet, sinar-X hingga sinar gamma; plus neutrino. Informasi dari cahaya dan partikel inilah yang membawa manusia melihat dan mengenali berbagai obyek di alam semesta dan evolusinya.

Jika kita terbiasa melihat dengan gelombang elektromagnetik, maka gelombang gravitasi justru mengajak kita untuk mendengar cerita dari alam semesta untuk dipahami, terutama dari obyek – obyek yang tidak memancarkan cahaya.

Salah satunya adalah lubang hitam.

Obyek yang satu ini diketahui memiliki gaya gravitasi yang sangat kuat. Gaya gravitasi yang luar biasa kuat dari gravitasi menyebabkan cahaya di dalam obyek ini tidak bisa lepas. Untuk mengetahui dan memahami lubang hitam, para astronom mengamati perilaku obyek yang ada di sekelilingnya.

Monster pelahap ini tidak mudah untuk bisa dilihat. Apalagi jika ada dua lubang hitam bermassa besar saling mengitari satu sama lainnya. Pada umumnya lubang hitam yang terbentuk dari evolusi bintang memiliki massa antara 10 – 100 massa Matahari.

Bayangkan jika ada dua lubang hitam seperti ini yang saling mengitari. Gaya gravitasi yang luar biasa besar membuat materi yang ada di sekeliling monster tersebut sudah terlempar atau justru dilahap oleh kedua benda tersebut. Dengan demikian, tidak ada obyek apapun yang bisa memancarkan cahaya yang bisa kita amati perilakunya di sekeliling lubang hitam tersebut. Satu-satunya cara bisa mengenali keberadaan lubang hitam yang sudah tidak tampak itu dengan gelombang gravitasi.

Gelombang gravitasi yang diterima tidak hanya bercerita tentang dua lubang hitam yang bergabung. Kisah yang diperdengarkan juga membawa sinyal lokasi kejadian tersebut. Dengan demikian, para astronom bisa memetakan lokasi tabrakan kosmik super dasyat tersebut dan mengarahkan teleskop optik maupun radio untuk mengetahui apakah kita bisa menerima pandangan lain dalam gelombang elektromagnetik dari kejadian tersebut. Dari informasi yang diperoleh, kita bisa menelusuri sejarah diballik dua lubang hitam tersebut. Bagaimana bintang yang jadi cikal bakal lubang hitam ini mati sampai ke peristiwa yang memicu penggabungan keduanya jadi lubang hitam raksasa.

Selain penggabungan lubang hitam, pengamat juga bisa mendengar obyek lainnya seperti ledakan bintang atau yang kita kenal sebagai supernova atau penggabungan bintang neutron. Bahkan, sebelum peristiwa GW170814 diumumkan, para astronom berspekulasi kalau gelombang gravitasi keempat yang berhasil dideteksi LIGO dan VIRGO berasal dari penggabungan bintang neutron yang lebih sulit untuk dideteksi. Akan sangat menarik untuk bisa memperoleh bukti gelombang gravitasi yang datang dari penggabungan dua bintang neutron yang massanya lebih kecil dari lubang hitam.

Semakin banyak kita mendengar dari gelombang gravitasi, maka kita akan punya lebih banyak cerita peristiwa tabrakan kosmik di alam semesta dan lokasinya. Seandainya kita bisa melakukan perjalanan antar bintang antar galaksi, maka lokasi dimana tabrakan kosmik dasyat ini terjadi sangat penting untuk dipetakan dalam peta alam semesta, sehingga penjelajah ruang waktu bisa mengetahui dimana saja lokasi peristiwa dasyat tersebut.