Detektor mengukur gelombang gravitasi dari bencana kosmik – tapi itu terjadi lagi

Detektor gelombang gravitasi mengukur sinyal yang mengindikasikan dua bencana global: lubang hitam telah menelan bintang neutron.

Frankfurt/Hanover – Jika massa besar di alam semesta berakselerasi, gelombang gravitasi akan muncul – sebuah fenomena yang diprediksi oleh Albert Einstein lebih dari 100 tahun yang lalu, tetapi baru dikonfirmasi pada tahun 2016 ketika gelombang gravitasi pertama diukur. Sementara itu, gelombang gravitasi telah diukur beberapa kali oleh detektor khusus LIGO dan Virgo, tetapi sekarang publikasi ilmiah menunjukkan pengukuran yang unik sejauh ini: dalam beberapa hari, gelombang gravitasi dari dua bencana kosmik mencapai detektor di Bumi.

Detektor LIGO dan Virgo mendeteksi gelombang gravitasi pada awal Januari 2020; Studi tentang ini tidak dipublikasikan hingga akhir Juni 2021 im Fachjournal “Surat Jurnal Astrofisika”. Para peneliti, beberapa di antaranya bekerja di Institut Max Planck untuk Fisika Gravitasi (Albert Einstein Institute; AEI) di Potsdam dan Hanover dan di Universitas Leibniz di Hanover, tidak memiliki keraguan.Pada Januari 2020, dari sudut pandang mereka, sudah jelas bahwa itu adalah lubang hitam yang melahap bintang-bintang neutron.

Peristiwa gelombang gravitasi GW200105: lubang hitam menelan bintang neutron

Gelombang gravitasi pertama yang diukur pada 5 Januari 2020 bernama GW200105. Menurut para ilmuwan, sinyal itu berasal dari lubang hitam sembilan kali massa Matahari kita. Lubang hitam ini bergabung dengan benda padat yang massanya 1,9 kali massa Matahari sekitar 900 juta tahun cahaya jauhnya. Para ahli berasumsi bahwa objek yang lebih ringan adalah bintang neutron.

Harald Pfeiffer dari AEI Potsdam menegaskan dalam sebuah surat dari institut bahwa “sinyalnya melebihi semua kendali kualitas kami yang ketat”. Namun, karena sinyal hanya diamati menggunakan salah satu dari tiga detektor yang tersedia, asal gelombang gravitasi hanya dapat dipersempit menjadi sekitar 17 persen dari seluruh langit.

Peristiwa gelombang gravitasi GW200115: lubang hitam bergabung dengan bintang neutron

Hanya sepuluh hari setelah sinyal pertama, detektor gelombang gravitasi menerima sinyal lain dari penggabungan raksasa. Dalam kasus peristiwa GW200115, ada lubang hitam dengan enam massa matahari dan bintang neutron dengan massa 1,5 massa matahari, dan penggabungan terjadi sekitar satu miliar tahun cahaya dari Bumi. Karena ketiga detektor (dua detektor LIGO dan detektor Virgo) dalam hal ini memperhatikan sinyal, sains dapat mempersempit asal usul gelombang gravitasi dengan lebih tepat – namun, area langit yang luas masih memungkinkan.

Gelombang gravitasi: lubang hitam benar-benar melahap bintang neutron

Terlepas dari gelombang gravitasi yang diukur, tidak ada sinyal peristiwa lain yang terdeteksi, dan pengamatan selanjutnya oleh beberapa observatorium tidak menemukan indikasi dalam spektrum elektromagnetik. Tapi ini tidak mengejutkan para ahli di Hannover: “Pengamatan sinyal elektromagnetik dari fusi sangat menarik, tetapi kami tidak selalu mengharapkannya,” kata Frank Ohme dari AEI. Karena jarak yang jauh dan posisi yang tidak akurat, cahaya akan sangat lemah dan sangat sulit untuk dideteksi, jelas Ohm. “Kami juga menyimpulkan dari data bahwa lubang hitam yang berpartisipasi dalam penggabungan ini menelan mitra bintang neutron mereka dalam keadaan utuh, sehingga tidak ada cahaya yang dipancarkan dari mereka.”

Tapi bagaimana para ilmuwan tahu bahwa bintang neutron telah ditelan oleh lubang hitam? “Gelombang gravitasi saja tidak memberi tahu kita tentang struktur objek paling ringan, tetapi kita dapat menyimpulkan massa maksimumnya. Dengan menggabungkan informasi ini dengan prediksi teoretis tentang massa yang diharapkan dari bintang neutron dalam sistem biner seperti itu, kami sampai pada kesimpulan bahwa sebuah bintang neutron adalah penjelasan yang paling mungkin, Seperti yang dijelaskan Bhooshan Gadre dari AEI dalam siaran pers dari institut tersebut.

Penggabungan lubang hitam dengan bintang neutron menyebabkan gelombang gravitasi

Para peneliti yakin bahwa mereka pertama kali mengamati gelombang gravitasi dari penggabungan lubang hitam dengan bintang neutron. Mereka berasumsi bahwa peristiwa seperti itu tidak jarang terjadi: pada jarak hingga satu miliar tahun cahaya, mereka mengharapkan penggabungan seperti itu per bulan – tetapi tidak semua peristiwa ini dapat dideteksi dengan detektor hari ini.

Bagaimana tepatnya sistem biner muncul dari lubang hitam dan bintang neutron belum dijelaskan secara tepat. Para astronom menganggapnya sebagai penjelasan yang mungkin bahwa bintang biner dapat berevolusi menjadi sistem seperti itu. Tetapi kelompok bintang muda atau di dekat pusat galaksi juga bisa menjadi tempat kelahiran sistem ganda tersebut.

Detektor gelombang gravitasi akan memulai operasi keempat mereka pada musim panas 2022. “Mereka kemudian akan lebih sensitif, sehingga kita dapat mengamati gelombang gravitasi setiap hari,” kata Karsten Dansmann dari AEI dengan gembira. “Dalam beberapa tahun, kita akan melihat lebih banyak lubang hitam bergabung dengan bintang neutron. Dari sini kita akan belajar lebih banyak tentang materi dalam kondisi ekstrem, tentang kehidupan bintang, dan sifat-sifat peristiwa langka ini.” (tab)

Rubiklistenbild: © Perpustakaan Foto Sains / Imago