'Lubang Hitam Bergoyang' Contoh Paling Ekstrem yang Pernah Terdeteksi

Para peneliti di Universitas Cardiff telah mengidentifikasi gerakan memutar yang aneh di orbit dua lubang hitam yang bertabrakan. Ini merupakan sebuah fenomena eksotis yang diprediksi oleh teori gravitasi Einstein.

Studi mereka, telah diterbitkan di jurnal Nature pada 12 Oktober dengan judul “General-relativistic precession in a black-hole binary.” Studi tersebut dipimpin oleh Profesor Mark Hannam, Dr. Charlie Hoy dan Dr. Jonathan Thompson. Dalam studi dilaporkan bahwa ini adalah pertama kalinya efek ini, yang dikenal sebagai presesi, terlihat di lubang hitam. Di mana putarannya adalah 10 miliar kali lebih cepat dari pengamatan sebelumnya.

Sistem lubang hitam biner ditemukan melalui gelombang gravitasi pada awal 2020 di detektor LIGO dan Virgo Lanjutan. Salah satu lubang hitam, 40 kali lebih besar dari Matahari kita, kemungkinan merupakan lubang hitam berputar tercepat yang ditemukan melalui gelombang gravitasi. Dan tidak seperti semua pengamatan sebelumnya, lubang hitam yang berputar cepat mendistorsi ruang dan waktu sedemikian rupa sehingga seluruh orbit biner bergoyang-goyang.

Bentuk presesi ini khusus untuk teori relativitas umum Einstein. Hasil ini mengonfirmasi keberadaannya dalam peristiwa fisik paling ekstrem yang dapat kita amati, tabrakan dua lubang hitam.

"Kami selalu berpikir bahwa lubang hitam biner dapat melakukan ini," kata Profesor Mark Hannam dari Institut Eksplorasi Gravitasi Universitas Cardiff. "Kami telah berharap dapat menemukan contoh sejak deteksi gelombang gravitasi pertama. Kami harus menunggu selama lima tahun dan lebih dari 80 deteksi terpisah, tetapi akhirnya kami memilikinya!"

Contoh presesi yang lebih sederhana adalah goyangan bagian atas yang berputar, yang mungkin bergoyang—atau berpresisi—setiap beberapa detik sekali. Sebaliknya, presesi dalam relativitas umum biasanya merupakan efek yang sangat lemah sehingga tidak terlihat. Dalam contoh tercepat yang sebelumnya diukur dari mengorbit bintang neutron yang disebut pulsar biner, butuh waktu lebih dari 75 tahun mengorbit untuk presesi. Biner lubang hitam dalam penelitian ini, bahasa sehari-hari dikenal sebagai GW200129 (dinamai berdasarkan tanggal pengamatannya, 29 Januari 2020), berpresesi beberapa kali setiap detik—efeknya 10 miliar kali lebih kuat dari yang diukur sebelumnya.

"Ini adalah efek yang sangat rumit untuk diidentifikasi. Gelombang gravitasi sangat lemah dan untuk mendeteksinya memerlukan alat pengukuran paling sensitif dalam sejarah,” kata Dr. Jonathan Thompson, juga dari Universitas Cardiff. “Presesi adalah efek yang lebih lemah yang terkubur di dalam sinyal yang sudah lemah. Jadi kami harus melakukan analisis yang cermat untuk mengungkapnya."

Gelombang gravitasi diprediksi oleh Einstein pada tahun 1916. Gelombang tersebut pertama kali terdeteksi langsung dari penggabungan dua lubang hitam oleh instrumen LIGO Lanjutan pada tahun 2015, sebuah terobosan penemuan yang menghasilkan Hadiah Nobel 2017.

Astronomi gelombang gravitasi sekarang menjadi salah satu bidang ilmu yang paling dinamis, dengan jaringan detektor LIGO, Virgo, dan KAGRA Tingkat Lanjut yang beroperasi di AS, Eropa, dan Jepang. Sampai saat ini telah ada lebih dari 80 pendeteksian, semuanya menggabungkan lubang hitam atau bintang neutron.

"Sejauh ini sebagian besar lubang hitam yang kami temukan dengan gelombang gravitasi berputar cukup lambat," kata Dr. Charlie Hoy, seorang peneliti di Universitas Cardiff selama penelitian ini, dan sekarang di Universitas Portsmouth. "Lubang hitam yang lebih besar dalam biner ini, yang sekitar 40 kali lebih besar dari Matahari, berputar hampir secepat mungkin secara fisik. Model kami saat ini tentang bagaimana bentuk biner menunjukkan bahwa yang satu ini sangat langka, mungkin satu dari seribu peristiwa. Atau itu bisa menjadi tanda bahwa model kita perlu berubah."

Jaringan internasional detektor gelombang gravitasi saat ini sedang ditingkatkan dan akan memulai pencarian alam semesta berikutnya pada tahun 2023. Mereka kemungkinan akan menemukan ratusan lubang hitam lagi yang bertabrakan. Ini akan memberi tahu para ilmuwan apakah GW200129 adalah pengecualian langka, atau tanda bahwa alam semesta kita bahkan lebih aneh dari yang mereka kira.