Gelombang gravitasi dari peleburan lubang hitam raksasa mengguncang detektor Bumi setelah 7 miliar tahun

Sebuah peristiwa kosmik dahsyat—peleburan dua lubang hitam—mengirimkan gelombang gravitasi yang menempuh perjalanan sekitar tujuh miliar tahun sebelum akhirnya terdeteksi di Bumi. Meski berasal dari jarak yang sangat jauh, sinyal itu masih cukup kuat untuk menggetarkan detektor laser super sensitif di Amerika Serikat dan Italia pada Mei tahun lalu.

Para peneliti menyebut peristiwa ini sebagai peleburan terbesar antara dua lubang hitam yang pernah diamati melalui gelombang gravitasi. Energi yang dilepaskan dalam sekejap digambarkan setara dengan delapan Matahari.

Sinyal singkat dari peristiwa yang sangat besar

Ketiga instrumen pendeteksi gelombang gravitasi yang dioperasikan kolaborasi internasional LIGO-VIRGO bereaksi pada 21 Mei 2019. Sinyal yang tertangkap bersifat tajam dan singkat, karena peristiwa peleburan tersebut hanya berlangsung sekitar sepersepuluh detik.

Analisis berbasis algoritme komputer menunjukkan sumber sinyal berasal dari dua lubang hitam yang saling berputar dalam spiral sebelum menyatu. Massa masing-masing diperkirakan sekitar 66 kali massa Matahari dan 85 kali massa Matahari.

Setelah bergabung, keduanya membentuk satu objek baru dengan massa sekitar 142 kali massa Matahari. Jarak peristiwa peleburan itu dihitung setara dengan 150 miliar triliun kilometer.

Prof. Nelson Christensen dari Observatorium Côte d'Azur di Prancis menyebut temuan ini mencengangkan karena gelombang gravitasi tersebut telah merambat selama tujuh miliar tahun, tetapi kini tetap mampu menggerakkan detektor di Bumi.

Membuka petunjuk tentang kelas lubang hitam berukuran menengah

Pengamatan ini dinilai penting karena membantu peneliti menelusuri keberadaan lubang hitam pada rentang massa yang sebelumnya sulit dibuktikan. Temuan tersebut juga memunculkan indikasi adanya kelas baru yang disebut lubang hitam berukuran menengah, yakni di kisaran 100 hingga 1.000 massa Matahari.

Tantangan memahami asal-usul lubang hitam bermassa besar

Keberadaan lubang hitam bermassa 85 kali Matahari memunculkan pertanyaan bagi para ilmuwan tentang bagaimana objek sebesar itu dapat terbentuk dari kematian bintang. Secara umum, bintang yang kehabisan energi nuklir akan mengalami keruntuhan inti eksplosif dan bisa membentuk lubang hitam jika massanya cukup besar.

Namun, terdapat asumsi dalam fisika yang menyatakan bintang sekarat pada kisaran massa 65 hingga 120 massa Matahari seharusnya menghancurkan diri mereka sendiri dan tidak meninggalkan apa pun. Jika pemahaman ini benar, maka salah satu penjelasan yang mungkin untuk objek bermassa 85 kali Matahari adalah bahwa ia merupakan hasil penyatuan lubang hitam yang lebih kecil pada fase sebelumnya.

Prof. Martin Hendry dari Universitas Glasgow, Inggris, mengatakan hal ini dapat berkaitan dengan gagasan “hierarki peleburan”, yakni jalur yang memungkinkan lubang hitam tumbuh semakin besar melalui penggabungan berulang. Ia menambahkan, lubang hitam bermassa 142 kali Matahari tersebut bisa saja kembali bergabung dengan lubang hitam yang lebih masif sebagai bagian dari proses penumpukan menuju lubang hitam supermasif yang diduga berada di pusat galaksi.

Bagaimana gelombang gravitasi terdeteksi

Gelombang gravitasi merupakan riak atau “desir” dalam struktur ruang-waktu, sebagaimana diprediksi oleh Teori Relativitas Umum. Gelombang ini dihasilkan oleh peristiwa kosmik besar, seperti penggabungan lubang hitam dan bintang neutron, lalu merambat dengan kecepatan cahaya.

LIGO-VIRGO mendeteksinya menggunakan interferometer laser: laser ditembakkan melalui terowongan panjang berbentuk huruf L, dipantulkan bolak-balik oleh cermin, lalu digabungkan kembali. Ketika gelombang gravitasi melewati Bumi, ruang-waktu diregangkan dan ditekan sangat halus sehingga mengubah panjang lintasan cahaya. Perubahan ini kemudian ditangkap oleh fotodetektor sebagai sinyal.

Temuan dilaporkan dalam dua makalah ilmiah

Kejadian pada 21 Mei 2019 tersebut dikatalogkan sebagai GW190521 dan dilaporkan dalam dua makalah ilmiah. Satu makalah diterbitkan di jurnal Physical Review Letters yang menjelaskan penemuan, sementara makalah lainnya dimuat di The Astrophysical Journal Letters yang membahas sifat fisik sinyal serta implikasi ilmiahnya.

GW190521 menjadi salah satu dari lebih dari 50 pemicu gelombang gravitasi yang sedang diselidiki di laboratorium laser. Prof. Alessandra Buonanno, direktur di Institut Max Planck untuk Fisika Gravitasi di Potsdam, mengatakan peningkatan kepekaan detektor membuka peluang terjadinya deteksi yang semakin sering, sekaligus memperluas pemahaman ilmuwan tentang lubang hitam.

Ringkas: apa itu lubang hitam dan gelombang gravitasi

• Lubang hitam adalah wilayah di luar angkasa dengan tarikan gravitasi sangat kuat sehingga tidak ada yang bisa lolos, termasuk cahaya.
• Lubang hitam dapat terbentuk dari ledakan bintang besar tertentu, sementara asal-usul lubang hitam supermasif di pusat galaksi masih menjadi pertanyaan.
• Gelombang gravitasi adalah riak ruang-waktu yang muncul akibat peristiwa kosmik hebat dan dapat dideteksi melalui perubahan sangat kecil pada lintasan laser di interferometer.