Kisah di balik Suksesnya Deteksi Gelombang Gravitasi

Tiga ilmuwan Amerika baru saja dianugerahi Hadiah Nobel untuk terobosan antariksa mereka dan tim astrofisikawan LIGO Gabriela González memberi tahu tentang semua peneliti, pekerjaan dan teknologi yang berkontribusi terhadapnya. Kurang lebih dari 100 tahun yang lalu, pada tahun 1915, Einstein menerbitkan teorinya tentang relativitas umum, yang terlepas dari namanya yaitu teori yang benar-benar menjelaskan gravitasi.

Ini menyatakan bahwa massa itu semua berasal dari materi, termasuk planet menarik massa, bukan karena kekuatan sesaat tapi karena semua materi mengotori kain fleksibel dari ruang-waktu. Ruang waktu adalah hal dimana kita hidup dan yang menghubungkan semuanya. Ini seperti saat kita berbaring di kasur dan mendistorsi konturnya.

Massa bergerak saat melihat kelengkungan di luar angkasa ini dan mereka mengikuti lekuk-lekuk kecil, sama seperti saat teman tidur ke arah kita karena kelengkungan kasur.

Menciptakan lipatan dalam ruang-waktu

Setahun kemudian, Einstein berasal dari teorinya yang mengatakan bahwa gelombang gravitasi ada dan gelombang ini dihasilkan saat massa bergerak. Misalnya, ketika dua bintang berputar satu sama lain, mereka menciptakan lipatan dalam ruang waktu yang membawa energi dari sistem dan bintang-bintang bergerak satu sama lain. Namun, dia juga memperkirakan efek ini begitu kecil, tidak mungkin mengukurnya.

“Dulu, dua lubang hitam berputar satu sama lain, melaju sampai hampir mencapai kecepatan cahaya dan mereka menyatu menjadi lubang hitam besar”.

Berkat karya ratusan ilmuwan yang bekerja di banyak negara selama beberapa dekade, gelombang gravitasi ini akhirnya ditemukan untuk pertama kalinya pada tahun 2015. Kisah ini dimulai 1,3 miliar tahun yang lalu. Dulu, galaksi yang jauh, dua lubang hitam saling berputar satu sama lain atau, seperti yang dikatakan.

Mereka mulai bergerak perlahan, tapi saat mereka memancarkan gelombang gravitasi, mereka semakin dekat, mempercepat kecepatan hingga bergulir hampir pada kecepatan cahaya dan menyatu menjadi satu lubang hitam yang memiliki 60 kali massa Matahari yang dikompres ke dalam ruang, dari 360 kilometer. Dan efek luar biasa ini menghasilkan gelombang gravitasi yang membawa berita tentang pelukan kosmik ini ke seluruh jagat raya.

Efek yang diperkirakan sebanding dengan jarak

Butuh waktu lama untuk mengetahui efek dari gelombang gravitasi ini, karena cara untuk mengukurnya adalah dengan mencari efeknya dalam jarak jauh. Ketika gelombang gravitasi melintas di Bumi, pada tahun 2015, mereka menghasilkan perubahan di semua jarak antara Anda semua seperti, jarak antara Anda dan saya, ketinggian kita, setiap orang terbentang dan sedikit menyusut.

Diperkirakan efeknya akan sebanding dengan jarak. Tapi masih sangat kecil: bahkan untuk jarak jauh lebih tinggi dari ketinggiannya, efeknya sangat kecil. Misalnya, jarak antara Bumi dan Matahari berubah hanya dengan satu diameter atom.

“Pada tahun 2015, mereka tidak berpikir yang lain akan melihat apa pun dalam data yang dikumpulkan melalui LIGO  dan kemudian alam mengejutkan mereka”.

Bagaimana itu bisa diukur? Lima puluh tahun yang lalu, fisikawan visioner di Caltech dan MIT – Kip Thorne, Ron Drever, Rai Weiss, mengira mereka dapat mengukur jarak ini dengan tepat hanya dengan menggunakan laser yang mengukur jarak antara cermin yang ditempatkan terpisah dari jarak jauh. Butuh waktu bertahun-tahun, banyak tenaga kerja dan banyak ilmuwan untuk mengembangkan teknologi dan ide-ide.

Hampir 30 tahun yang lalu, para periset mulai membangun Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO): sepasang detektor gelombang gravitasi atau interferometer, di AS. Masing-masing panjangnya empat kilometer. Yang satu ada di Livingston, Louisiana, di tengah hutan yang indah dan yang lainnya ada di Hanford, Washington, di tengah padang pasir.

Interferometer berbentuk L ini memiliki laser yang melakukan perjalanan dari pusat melalui empat kilometer dalam ruang hampa, mereka tercermin dalam cermin dan kemudian mereka kembali melalui jalan yang terpisah. Kami mengukur perbedaan jarak dua lengan yang identik. Detektor ini sangat, sangat, sangat sensitif, mereka adalah alat yang paling tepat di dunia.

Tapi kenapa bikin dua? Sinyal yang ingin diukur berasal dari luar angkasa, tapi karena cermin bergerak setiap saat, maka memerlukan dua interferometer untuk membedakan efek gelombang gravitasi (yang merupakan efek astrofisika dan harus muncul pada dua detektor) dari efek lokal. (yang seharusnya muncul secara terpisah, pada salah satu detektor).

Teknologi Generasi Kedua

Pada bulan September 2015, mereka menyelesaikan pemasangan teknologi generasi kedua di detektor. Mereka tidak pada sensitivitas optimal yang diinginkan. Dan masih belum ada dua tahun kemudian, namun kami ingin mengumpulkan data. Mereka tidak berpikir akan melihat apapun, tapi mereka telah kembali dan siap untuk mulai mengumpulkannya. Dan kemudian alam mengejutkan mereka.

Pada tanggal 14 September 2015, mereka melihat, di kedua detektor, sebuah gelombang gravitasi. Di kedua detektor, mereka melihat sinyal dengan siklus yang meningkat dalam amplitudo dan frekuensi dan kemudian kembali turun. Ini sama di kedua detektor dan gelombang gravitasi.

Dan tidak hanya itu, dalam decoding gelombang jenis ini, mereka dapat menyimpulkan bahwa mereka berasal dari lubang hitam yang menggabungkan satu sama lain, lebih dari satu miliar tahun yang lalu. Itu fantastis.

Awalnya, kami tidak bisa mempercayainya. Kami tidak membayangkan ini akan terjadi sampai lama untuk selajutnya. Itu adalah kejutan bagi kita semua. Kami butuh waktu berbulan-bulan untuk meyakinkan diri kami bahwa itu benar, karena kami tidak ingin meninggalkan ruangan karena kesalahan. Tapi itu benar.

Untuk menjernihkan keraguan, detektor benar-benar dapat mengukur gelombang ini, kami mengukur gelombang gravitasi lain – ini lebih kecil dari yang pertama, pada bulan Desember 2015. Gelombang gravitasi pertama menghasilkan perbedaan dalam jarak empat per seribu proton selama empat kilometer. Deteksi kedua bahkan lebih kecil lagi, tapi masih sangat meyakinkan menurut standar kami.

“Kami ingin mengatakan bahwa gelombang gravitasi memiliki tujuan, karena mereka membuka jalan baru untuk menjelajahi alam semesta”.

Terlepas dari kenyataan bahwa ini adalah gelombang waktu-ruang dan bukan gelombang suara, kami ingin memasukkannya ke pengeras suara dan mendengarkannya. Kami menyebutnya “musik alam semesta”. Jika Anda mendengarkan dua nada pertama, suara kedua yang lebih pendek adalah pecahan terakhir dari kedua  dua lubang hitam, dalam sepersekian detik, memancarkan sejumlah besar energi.

Itu adalah energi yang sangat banyak, rasanya seperti tiga matahari yang berubah menjadi energi, mengikuti formula E = mc2 yang terkenal itu. Kami sangat menyukai musik ini sehingga kami benar-benar berdansa dengannya. Orang sering bertanya kepada saya, “Apa yang bisa digunakan gelombang gravitasi”?

Ketika mereka bertanya kepada penulis Jorge Luis Borges, “Apa tujuan dari puisi?” Dia bertanya kepada mereka, “Apa tujuan fajar? Apa tujuan dari belaian? Apa tujuan dari bau kopi? “Dan dia menjawab,” Tujuan puisi adalah kesenangan. Ini untuk emosi, ini untuk hidup”.

Gelombang Gravitasi Memiliki Tujuan

Sejak dahulu kala, ketika manusia, semua orang, seperti anak-anak telah melihat ke langit untuk pertama kalinya dan melihat bintang-bintang, kita bertanya-tanya, “Apa bintang“? Keingintahuan itulah yang membuat kita menjadi manusia. Dan itulah yang kita lakukan dengan sains. Kami ingin mengatakan bahwa gelombang gravitasi memiliki tujuan, karena mereka membuka jalan baru untuk menjelajahi alam semesta.

Sampai sekarang, kita bisa melihat cahaya bintang melalui gelombang elektromagnetik. Sekarang kita bisa mendengarkan suara alam semesta, bahkan untuk hal-hal (seperti gelombang gravitasi) yang tidak memancarkan cahaya.

“Saat kita membuat detektor lebih sensitif, kita bisa melihat benda lain, seperti bintang neutron yang sekering dan berubah menjadi lubang hitam, atau ledakan supernova”.

Apakah mereka berguna? Bisakah kita mendapatkan teknologi dari gelombang gravitasi? Ya mungkin. Tapi mungkin akan memakan banyak waktu. Meskipun kita telah mengembangkan teknologi untuk mendeteksi gelombang, mungkin kita akan menemukan dalam 100 tahun bahwa itu berguna. Butuh banyak waktu untuk mendapatkan teknologi dari sains, tapi bukan itu sebabnya kami melakukannya.

Semua teknologi berasal dari sains, tapi kita mempraktekkan sains untuk kesenangan. Jadi apa yang tersisa untuk kita lakukan? Banyak. Saat kita membuat detektor lebih dan lebih sensitif lagi dan kita memiliki banyak pekerjaan yang harus dilakukan di sana. Anda tidak hanya akan melihat lebih banyak lubang hitam dan bisa memberi katalog berapa banyak yang ada, di mana mereka berada dan seberapa besar mereka, kita juga bisa melihat benda lain.

Kita akan melihat sekering bintang neutron dan berubah menjadi lubang hitam. Kita akan melihat lubang hitam lahir. Kita akan melihat bintang berputar di galaksi kita menghasilkan gelombang sinusoidal. Kita akan melihat ledakan supernova di galaksi. Kita akan melihat keseluruhan spektrum sumber baru. Kami ingin mengatakan bahwa kami telah menambahkan perasaan baru ke tubuh manusia.

Sekarang, selain melihat, kami dapat mendengarnya. Ini adalah revolusi dalam astronomi, seperti saat Galileo menemukan teleskop. Atau, rasanya seperti saat mereka menambahkan suara ke film bisu. Ini baru permulaan. Kami suka berpikir jalan menuju sains sangat panjang (ini juga sangat menyenangkan).

Komunitas ilmuwan internasional, yang bekerja dari banyak negara bersama sebagai sebuah tim, membantu membuat jalan ini – mereka menumpahkan cahaya, kadang-kadang menghadapi jalan memutar dan membangun, mungkin, jalan raya menuju alam semesta.

Tiga ilmuwan Rainer Weiss, Barry Barish dan Kip Thorne telah memenangkan Hadiah Nobel dalam bidang fisika untuk hasil karya mereka mendeteksi gelombang gravitasi. Royal Swedish Academy of Sciences hari Selasa (3/10) mengumumkan telah memberikan Hadiah Nobel dalam bidang Fisika tahun 2017 kepada para anggota Kolaborasi LIGO-Virgo, kelompok ilmuwan yang berhasil mendeteksi langsung gelombang gravitasi.

Pakar astrofisika Barry Barish, Kip Thorne dan Rainer Weiss dianugerah hadiah Nobel Fisika 2017, untuk temuan gelombang gravitasi. Albert Einstein meramalkan adanya gelombang gravitasi ini seabad silam, sebagai bagian dari teori relativitas umum. Sebuah kerutan pada ruang-waktu akibat proses gaya di alam semesta.

Seperti akibat tabrakan dua lubang hitam atau runtuhnya inti bintang. Eksistensi gelombang gravitasi baru terdeteksi tahun 20115 silam oleh ketiga ilmuwan tersebut. Weiss, Barish dan Thorne adalah tokoh utama dalam pembuatan Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory atau LIGO, yang mengukur gelombang-gelombang kecil pada ruang dan waktu saat melewati Bumi.

Hadiah itu diberikan atas kontribusi yang menentukan untuk membuat detektor LIGO dan observasi gelombang gravitasi”. prinsipnya ada dua cara memantau alam semesta, salah satunya adalah lewat gelombang elektromagnetik yang antara lain mencakup gelombang radio, sinar gamma atau radiasi ultraviolet – atau mudahnya cahaya yang bisa dilihat manusia.

Inilah sekilas kisah ketiga para ilmuan yang sedang mendeteksi gelombang gravitasi.