Beberapa minggu ini merupakan minggu yang sibuk bagi LIGO dan Virgo. Kedua observatorium interferometer tidak hanya mengumumkan a deteksi gelombang gravitasi keempat, tiga ilmuwan mereka menang Hadiah Nobel dalam Fisika atas usaha mereka.
Kini, melalui konferensi pers di Washington, tim LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) dan Virgo, bersama peneliti dari 70 organisasi, telah mengumumkan “penemuan belum pernah terjadi sebelumnya” terbaru mereka dalam bentuk sumber gelombang gravitasi baru dan objek astronomi yang disebut “kilonova” – ledakan kosmik dari dua neutron yang bertabrakan bintang.
Kilonova terlihat menggunakan semburan gelombang gravitasi yang terdeteksi pada 17 Agustus 2017. Setelah terdeteksi oleh observatorium LIGO dan Virgo di California dan Italia, para astronom mulai menunjukkan teleskop di sumber yang mungkin dan menemukan objek di galaksi terdekat yang disebut NGC4993, 130 juta tahun cahaya dari Bumi.
Lihat terkait
Ini adalah pertama kalinya gelombang gravitasi terdeteksi setelah tumbukan bintang neutron dan memberikan wawasan yang tak tertandingi dalam pemahaman kita tentang teori Big Bang, alam semesta, dan bahkan gravitasi.
“Bagi seorang astronom, hal ini sangat menarik,” Bob Nichol, direktur Institute of Kosmologi dan Gravitasi (ICG) di Universitas Portsmouth dan anggota Survei Energi Gelap (DES) dikatakan. “Saat matahari terbenam, tim DES siap memindai posisi gelombang gravitasi untuk mencari sumber baru”.
Survei Energi Gelap (DES) adalah upaya internasional untuk memetakan ratusan juta galaksi, mendeteksi supernova, dan menemukan energi gelap misterius yang konon mendorong perluasan supernova semesta.
(Sumber: 'Penggabungan Bintang Neutron dan Gelombang Gravitasi yang Dihasilkannya', Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA)
Menurut teori Relativitas Umum Einstein, gravitasi seharusnya memperlambat perluasan kosmik. Namun para astronom pada tahun 1998 menemukan bahwa perluasan alam semesta malah semakin cepat. Ada dua kemungkinan penjelasan – 70% alam semesta ada dalam “bentuk eksotik”, yang disebut sebagai energi gelap yang dapat dilihat. berdasarkan bagaimana gaya gravitasinya berdampak pada objek yang terlihat, atau Relativitas Umum salah dan perlu diganti dengan teori baru tentang gravitasi.
Bintang neutron dan kilonova
Rumor gelombang gravitasi terdeteksi oleh sumber baru, yaitu bintang neutron, mulai beredar menjelang pengumuman bulan lalu.
Bintang neutron terbentuk ketika inti bintang raksasa (10-29 massa matahari) runtuh, dan proton serta elektron dari massa tersebut bergabung membentuk neutron. Tidak seperti gelombang gravitasi yang dihasilkan dari tabrakan lubang hitam, penggabungan bintang-bintang neutron menghasilkan cahaya tampak, yang pada gilirannya memberikan kapasitas pengamatan yang belum pernah terjadi sebelumnya kepada para ilmuwan.
BACA BERIKUTNYA: Enam alasan mengapa Anda harus bersemangat dengan gelombang gravitasi
Kilonova telah diteorikan selama bertahun-tahun sebagai penggabungan bintang-bintang neutron, namun ini adalah pertama kalinya peristiwa semacam itu diamati.
Segera setelah deteksi, para astronom mempelajari peristiwa kilonova dari seluruh spektrum elektromagnetik mulai dari sinar gamma hingga gelombang radio. Sumber gelombang gravitasi diberi nama GW170817, dan sumber optik diberi nama Swope Supernova Survey 2017a (SSS17a). Dalam seminggu, sumbernya telah memudar dan tidak lagi terlihat dalam cahaya tampak, tetapi meskipun masih terlihat, para astronom dapat mengumpulkan banyak data tentang fenomena ini. Peneliti ICG Chris Frohmaier adalah bagian dari tim yang dipimpin oleh Caltech dan Berkeley yang ingin mengetahui tingkat dan kurva cahaya kilonova ini, khususnya berapa banyak yang kita harapkan di alam semesta lokal, dan bagaimana ledakannya berubah lembur.
Karya mereka, diterbitkan hari ini di jurnal Sains, menghasilkan solusi tak terduga untuk masalah yang sudah berlangsung lama; kilonovae bisa menjadi sumber dari setengah unsur berat di alam semesta. Ada total tujuh makalah yang diterbitkan mengenai temuan ini.
Berburu elemen alam semesta yang hilang
Penggabungan dua bintang neutron diperkirakan melibatkan tiga proses transfer energi utama, seperti yang ditunjukkan dalam diagram ini
Telah diketahui bahwa unsur-unsur kimia hingga besi dalam tabel periodik dihasilkan baik dalam Big Bang, di inti bintang, atau dalam ledakan supernova. Namun, asal muasal setengah unsur yang lebih berat dari besi, termasuk emas, platinum, dan uranium, masih menjadi misteri.
“Seseorang di tim mencatat bahwa jika Anda mengalikan laju kejadian kilonova yang diperkirakan, dengan hasil unsur-unsur berat seperti uranium, emas, dan platinum. per ledakan, maka Anda memperoleh angka yang cukup besar, yang pada dasarnya cukup untuk menjelaskan setengah dari kelimpahan unsur-unsur tersebut di alam semesta,” jelasnya Frohmaier.
Tim dari UC Santa Cruz menemukan SSS17a dengan membandingkan gambar baru galaksi N4993 (kanan) dengan gambar yang diambil empat bulan sebelumnya oleh Teleskop Luar Angkasa Hubble (kiri). Panah menunjukkan di mana SSS17a tidak ada pada gambar Hubble dan terlihat pada gambar baru dari Teleskop Swope
“Itu salah satu momen eureka” tambah Frohmaier. “Sungguh luar biasa ketika berbagai bidang astronomi bersatu. Saya mulai mempelajari laju kilonova dan kami menemukan separuh emas di alam semesta!”
Penemuan kilonova dan fakta bahwa gelombang gravitasi dapat mengarahkan para astronom pada peristiwa semacam itu membuka jendela baru tentang alam semesta. Gabungan kekuatan pengamatan LIGO+Virgo dan teleskop lainnya akan memungkinkan para astronom menemukan fenomena aneh lebih lanjut dan memecahkan misteri yang tersisa di Alam Semesta.
“Konferensi pers dimulai dengan ikhtisar temuan terbaru dari LIGO, Virgo dan mitra di seluruh dunia, diikuti dengan detail dari teleskop yang bekerja sama dengan kolaborasi LIGO dan Virgo untuk mempelajari peristiwa ekstrem di kosmos. Di antara mereka yang berbicara di panel adalah direktur eksekutif LIGO, David Reitze, ilmuwan Proyek Fermi di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA, Julie McEnery, dan juru bicara Kolaborasi Virgo, Jo van den Merek.
Apa itu gelombang gravitasi?
Gelombang gravitasi terjadi dalam skala yang sangat kecil setiap kali ada interaksi gravitasi, namun yang paling mudah dideteksi adalah ketika bentrokan eksplosif terjadi di alam semesta. Hingga saat ini, hal ini sebagian besar terlihat ketika lubang hitam bertabrakan. Gelombang pada dasarnya adalah riak berskala besar dalam ruang-waktu, dan memberi kita cara yang sama sekali berbeda dalam memandang alam semesta.
Hal ini pertama kali diprediksi oleh Albert Einstein pada tahun 1905 dan menjadi bagian dari teori relativitas khusus dan relativitas umum yang diterbitkan setahun kemudian. Teori ini telah digunakan untuk menjelaskan bagaimana suatu benda berperilaku dalam ruang dan waktu dan telah digunakan untuk memprediksi keberadaannya lubang hitam, hingga pelensaan gravitasi dan bahkan orbit Merkurius.
Terkait gelombang gravitasi, teori Einstein menyatakan bahwa “proses paling kuat” di alam semesta dapat menciptakan riak di alam semesta. kelengkungan ruang-waktu yang bergerak keluar dari sumber yang menciptakannya, dan riak-riak ini bergerak melintasi alam semesta dengan kecepatan lampu.
Kapan gelombang gravitasi pertama kali terdeteksi?
Gelombang gravitasi pertama kali terlihat dalam data yang dianalisis oleh LIGO pada bulan September 2015; riak luar angkasa ini dihasilkan ketika, 1,3 miliar tahun yang lalu, dua lubang hitam bertabrakan. Kemudian diperlukan waktu enam bulan bagi para peneliti yang bekerja sama dengan LIGO untuk memastikan bahwa mereka telah melihat gelombang gravitasi ini, dan pengumuman terobosan tersebut dibuat pada bulan Februari 2016. Gelombang kedua dikonfirmasi pada bulan Juni tahun yang sama.
Gelombang awal adalah hasil dari dua lubang hitam, yang bermassa 36 dan 29 kali massa matahari kita, saling bertabrakan dan menciptakan lubang hitam yang berputar 21 kali massa matahari kita. Gelombang kedua tercipta ketika dua lubang hitam, kali ini bermassa delapan dan 14 kali massa matahari kita, bertabrakan.
Sejak temuan awal ini, para ilmuwan telah mendeteksi dua peristiwa gelombang gravitasi lainnya, yang keduanya disebabkan oleh tumbukan lubang hitam.
Apa itu LIGO?
Deteksi pada tahun 2015 dan makalah berikutnya pada tahun 2016 melibatkan lebih dari 90 institusi di 15 negara, termasuk MIT dan Caltech, bekerja dengan data LIGO dan interferometernya tersebar di dua lokasi di AS, di Washington dan Louisiana.
LIGO pada dasarnya adalah eksperimen fisika berskala besar, tempat para astrofisikawan berkumpul untuk memantau dan mengamati gelombang gravitasi. Proyek ini didanai oleh National Science Fund (NSF), dan merupakan proyek terbesar dan paling ambisius yang didanai oleh badan tersebut.
Proyek Advanced LIGO, yang dimulai tak lama setelah deteksi pertama dilakukan pada bulan Oktober 2015, dilengkapi dengan interferometer dengan dua “lengan” sepanjang 2,5 mil. Sinar laser dilewatkan ke lengan-lengan ini dan mengenai cermin di setiap ujungnya. Perubahan cara pancaran sinar ini sepanjang lengan menghasilkan pola yang mengisyaratkan keberadaan gelombang gravitasi, sedangkan perubahan pola ini dapat menunjukkan jenis gelombang gravitasi yang berbeda sumber.
BACA BERIKUTNYA: Laser mengubah segalanya. Ini adalah kisahnya
Untuk yang terbaru, deteksi keempat (diumumkan bulan lalu), sinyal tersebut terdeteksi oleh dua sensor LIGO canggih di AS, dan, untuk pertama kalinya, oleh detektor Virgo di dekat Pisa, Italia.
Virgo tidak sesensitif LIGO tetapi kombinasi ketiganya meningkatkan presisi hingga 10 kali lipat. Virgo selesai pada tahun 2003. Ini memiliki interferometer €300 juta dengan lengan sepanjang 2 mil dan didanai oleh Perancis Pusat Penelitian Ilmiah Nasional (CNRS) dan Institut Fisika Nuklir Nasional Italia (INFN).
Para peneliti dari proyek LIGO dan Virgo bergabung dalam perjanjian berbagi data pada tahun 2007 dan kemudian pada bulan Agustus, Virgo bergabung dengan LIGO dalam mencari gelombang gravitasi.
Mengapa saya harus peduli?
Setelah deteksi pertama tahun lalu, kami menyusun daftar enam alasan mengapa Anda harus tertarik dengan gelombang gravitasi. Dan Anda memang harus melakukannya. Namun ahli astrofisika Katie Mack merangkum pentingnya penemuan terbaru ini dengan lebih ringkas dari yang kita bisa:
Gambar: Murguia-Berthier dkk., Sains/Hubble/Observatorium UC Santa Cruz & Carnegie/Ryan Foley
