6 hours ago
1
Ilustrasi seniman tentang dua lubang hitam yang berputar bersama-sama, menciptakan gelombang gravitasi dalam prosesnya.(NASA)
PARA peneliti telah menghasilkan prediksi paling tepat sejauh ini mengenai gangguan pada ruang-waktu yang sulit dipahami. Gangguan yang terjadi ketika dua lubang hitam bergerak berdekatan satu sama lain.
Penemuan yang dipublikasikan di jurnal Nature, menunjukkan ide matematika yang abstrak dari fisika teoritis bisa digunakan secara praktis dalam memodelkan riak ruang-waktu, membuka jalan bagi model yang lebih akurat untuk menganalisis data pengamatan.
Gelombang gravitasi adalah perubahan dalam struktur ruang-waktu yang terjadi akibat pergerakan objek besar seperti lubang hitam atau bintang neutron. Pertama kali diramalkan dalam teori relativitas umum oleh Albert Einstein pada 1915, gelombang ini baru terdeteksi secara langsung satu abad setelahnya, yaitu tahun 2015.
Sejak waktu itu, gelombang ini telah menjadi alat pengamatan yang sangat berguna bagi astronom dalam menyelidiki beberapa peristiwa paling mengesankan dan misterius di alam semesta.
Untuk memahami sinyal yang ditangkap detektor sensitif seperti LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) dan Virgo, para ilmuwan memerlukan model yang sangat akurat tentang bentuk gelombang ini, yang mirip dengan perkiraan cuaca luar angkasa.
Hingga kini, para peneliti mengandalkan superkomputer canggih untuk mensimulasikan interaksi lubang hitam, yang memerlukan penyempurnaan lintasan lubang hitam secara bertahap, sebuah metode yang efektif tetapi memakan waktu dan mahal dalam hal komputasi.
Peristiwa Hamburan
Saat ini, tim yang dipimpin Mathias Driesse dari Universitas Humboldt di Berlin telah menggunakan pendekatan yang berbeda. Alih-alih mempelajari penggabungan, para ilmuwan berfokus pada "peristiwa hamburan" — situasi di mana dua lubang hitam yang berputar mendekati satu sama lain karena gaya gravitasi yang saling menarik dan kemudian melanjutkan perjalanan mereka dengan jalur yang terpisah tanpa bertemu. Pertemuan ini menghasilkan sinyal gelombang gravitasi yang kuat saat lubang hitam berlalu satu sama lain.
Untuk memodelkan peristiwa ini dengan tepat, tim tersebut beralih kepada teori medan kuantum, cabang fisika yang biasanya digunakan untuk menggambarkan interaksi antara partikel-partikel dasar. Dimulai dari perkiraan sederhana dan secara sistematis menambah kompleksitas, para peneliti menghitung hasil utama dari lintasan lubang hitam: seberapa besar lubang hitam tersebut berubah arah, seberapa banyak energi yang dipancarkan dalam bentuk gelombang gravitasi, dan seberapa jauh mereka mundur setelah interaksi.
Proyek mereka mengombinasikan lima tingkat kompleksitas, mencapai apa yang disebut oleh fisikawan sebagai tatanan pasca-Minkowskian kelima — tingkat akurasi tertinggi yang pernah dicapai dalam pemodelan interaksi ini.
Mencapai tingkat ini "adalah sebuah pencapaian luar biasa, dan merupakan solusi paling akurat untuk persamaan Einstein yang pernah dihasilkan sejauh ini," ujar Gustav Mogull, seorang fisikawan partikel di Queen Mary University of London.
Reaksi tim saat mencapai ketepatan ini "murni perasaan kagum bahwa kami berhasil menyelesaikan tugas ini," kenang Mogull.
Saat mengkalkulasi energi yang dipancarkan dalam bentuk gelombang gravitasi, para ilmuwan menemukan bahwa struktur enam dimensi yang kompleks, yang dikenal sebagai manifold Calabi-Yau, muncul dalam rumus-rumus yang digunakan.
Bentuk Geometris
Bentuk geometris ini, yang sering kali digambarkan sebagai versi berukuran lebih besar dari bentuk donat, telah lama menjadi bagian penting dari teori string, yang berusaha menggabungkan mekanika kuantum dengan gravitasi. Sampai sekarang, bentuk-bentuk ini dianggap sebagai objek matematika murni, tanpa adanya peranan yang bisa diuji secara langsung berkaitan dengan fenomena yang bisa diamati.
Namun, dalam penelitian terbaru, struktur-struktur ini muncul dalam perhitungan yang menunjukkan energi yang dipancarkan sebagai gelombang gravitasi ketika dua lubang hitam berinteraksi. Ini merupakan kali pertama bentuk-bentuk tersebut terlihat dalam konteks yang dapat, pada dasarnya, diuji melalui eksperimen di dunia nyata.
Mogull memperbandingkan kemunculan mereka dengan peralihan dari penggunaan kaca pembesar ke mikroskop, yang mengungkapkan fitur dan pola yang sebelumnya tidak terlihat. "Munculnya struktur semacam itu memberikan perspektif baru tentang jenis objek matematika yang membentuk realitas," ujarnya.
Penemuan ini diharapkan dapat memperbaiki model-model teoritis di masa depan yang berusaha untuk secara akurat memprediksi tanda-tanda gelombang gravitasi. Peningkatan ini sangat penting karena detektor gelombang gravitasi generasi selanjutnya—termasuk Laser Interferometer Space Antenna (LISA) yang direncanakan dan Einstein Telescope di Eropa—akan mulai beroperasi dalam beberapa tahun ke depan. (Space/Z-2)
