Kicauan Jagat Raya Bukti Gelombang Gravitasi, Apa dan Bagaimana Menemukannya?

Dua lubang hitam yang berada pada jarak 1,3 miliar tahun cahaya menjadi satu, menghasilkan gelombang gravitasi yang terdeteksi instrumen LIGO. Gelombang gravitasi itu pertanda kebenaran teori Einstein.

arifuddinali.blogspot.com - Penemuan gelombang gravitasi menciptakan dunia ilmiah gegap gempita, tetapi mungkin menciptakan publik mengernyitkan dahi.

Sementara kalangan ilmuwan dapat menyatakan bahwa inovasi ini pertanda kebenaran teori Albert Einstein dan membuka kurun fisika baru, dunia awam mungkin masih bertanya-tanya, apa bahwasanya gelombang gravitasi dan bagaimana penemuannya.

Apa itu gelombang gravitasi?

Gelombang gravitasi yaitu sebuah gangguan atau riak di alam semesta yang mahaluas, dapat diibaratkan sebuah riak di kolam hening yang terbentuk saat kita mencelupkan dan menarik jari tangan kita di dalamnya.

Namun demikian, tak mirip riak di kolam yang terlihat jelas, riak kosmos ini begitu misterius sehingga tak seorang pun dapat melihat, mendengar, atau merasakannya dengan indera keenam sekalipun.

Meski disebut kicauan alam semesta, gelombang gravitasi juga bukan gelombang bunyi yang memerlukan medium untuk merambat. Gelombang itu dapat merambat dari jarak miliaran tahun cahaya dan hingga ke bumi tanpa perantara!
 

Ilustrasi alam semesta sebagai sebuah kain empat dimensi. Benda bermassa besar akan menciptakan kain itu berkerut. Gelombang gravitasi dihasilkan oleh perubahan kecepatan dan arah benda di dalamnya.

Gagasan adanya gelombang gravitasi tak lepas dari Teori Relativitas Umum Einstein yang dikemukakan pada tahun 1916. Dalam teorinya, Einstein menyatakan bahwa alam semesta yaitu kain empat dimensi.

Gelombang gravitasi dalam teori tersebut digambarkan sebagai kerut-kerut yang muncul sebab adanya benda yang melalui kain empat dimensi itu.

Gelombang gravitasi dihasilkan oleh obyek apa pun di alam semesta yang mengalami perubahan kecepatan ataupun arah. Besar gelombang bervariasi tergantung obyeknya.

Bumi sendiri bergerak mengelilingi matahari dan kecepatan serta arahnya pun bervariasi walaupun relatif konstan. Jadi, bumi juga menghasilkan gelombang gravitasi.

Dalam konteks inovasi terbaru kali ini, gelombang gravitasi dihasilkan oleh dua lubang hitam yang masing-masing berukuran 36 dan 29 kali massa matahari.

Dua lubang hitam itu telah "berpacaran" selama miliaran tahun. Mereka semakin mendekat dari masa ke masa. Artinya, kecepatan berputar satu sama lain pun terus berubah sehingga menghasilkan gelombang gravitasi.

Akhirnya beberapa waktu kemudian dua lubang hitam itu kawin. Mereka bersatu menjadi lubang hitam yang luar biasa massif, berukuran 62 kali massa matahari.

Persatuan itu menghasilkan gelombang gravitasi yang luar biasa besar. Besarnya dapat disetarakan dengan selisih antara jumlah massa lubang hitam yang bahwasanya dengan massa lubang hitam gres yang terbentuk.

Dua lubang hitam bermassa 36 dan 29 kali matahari seharusnya membentuk lubang hitam bermassa 65 kali matahari. Namun, yang terbentuk ternyata 62. Sisa 3 kali massa matahari itu yang dikonversi menjadi energi gelombang gravitasi.

Astronomy Notes/National Geographic/Yunanto Wiji Utomo - Dua lubang hitam yang masing-masing bermassa 29 dan 36 kali massa matahari bersatu, menghasilkan lubang hitam besar bermassa 62 kali matahari dan gelombang gravitasi setara 3 kali massa matahari.

Bagaimana mendeteksinya?

Ada beberapa perjuangan untuk mendeteksi gelombang gravitasi. Temuan gres kali ini tiba dari observasi dengan akomodasi Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO).

LIGO mendeteksi gelombang gravitasi menurut perubahan yang diakibatkannya pada ruang dan waktu sekitarnya. Gelombang gravitasi akan meregangkan ruang dan waktu di satu sisi, tetapi memampatkan lainnya.

LIGO bahwasanya merupakan satu set akomodasi yang terpisah 4 kilometer, di Washington dan Lousiana. Keduanya dihubungkan oleh pipa vakum.

Dalam akomodasi LIGO, ada instrumen penembak laser. Laser akan terus bergerak dalam susukan vakum dari akomodasi satu ke yang lain.

Jika tak ada gelombang gravitasi, jarak yang ditempuh laser akan selalu sama sepanjang waktu. Namun, kalau ada gelombang gravitasi yang datang, jarak tempuh akan berubah.

Perubahan itu yang ditangkap. IGO dilengkapi oleh detektor mahasensitif yang dapat menangkap perubahan yang bahwasanya amat kecil itu.

Bayangkan, perubahannya bukan lagi dalam ukuran milimeter, melainkan lebih kurang hanya sepersepuluh ribu dari diameter sebuah atom!

LIGO/The Guardian/Yunanto Wiji Utomo -  Ilustrasi cara kerja akomodasi LIGO.

Detektor telah dirancang sesensitif mungkin dan seselektif mungkin sehingga perubahan sebab adanya truk lewat bersahabat fasilitas, petir, atau lainnya yang bukan gelombang gravitasi diabaikan.

LIGO dikembangkan semenjak tahun 2002. Tahun 2010, akomodasi LIGO dilarang sementara untuk perbaikan. Pada September 2015 lalu, LIGO beroperasi kembali.

Fasilitas LIGO sehabis perbaikan dikenal dengan Advanced LIGO. Singkatnya, akomodasi gres itu jauh lebih sensitif dan selektif dalam menyaring kebisingan.

Advanced LIGO bahwasanya gres beroperasi pada 18 September 2015 lalu. Namun, detektor yang telah dinyalakan beberapa hari sebelumnya ternyata berhasil mendapat data pada 14 September 2015.

Data itulah yang kemudian dikonfirmasi sebagai petunjuk gelombang gravitasi. Marco Drago dari Max Planck Institute for Gravitational Physics yaitu orang pertama yang mengetahui adanya kicauan itu.

Drago menjumpai kicauan sebagai lonjakan frekuensi gelombang, dari normalnya 35 Hertz kemudian memuncak menjadi 250 Hertz dan tiba-tiba saja turun lagi.

Selain LIGO, akomodasi lain yang berusaha melacak gelombang gravitasi yaitu Laser Interferometer Space Antenna (LISA). Fasilitas ini dikelola oleh Badan Antariksa Eropa (ESA).

Ada juga North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves atau NANOGrav. Beda dengan LISA dan LIGO, NANOGrav tidak memakai laser, tetapi melacak gelombang radio.

Sumber	: Nature/National Geographic/Popular Science