Membuka Irama Terdalam Alam Semesta Dengan Gelombang Gravitasi

Gelombang gravitasi frekuensi terendah yang pernah terlihat dalam data pulsar.

Sebuah tim fisikawan telah mengembangkan metode untuk mendeteksi gelombang gravitasi dengan frekuensi rendah sehingga mereka dapat mengungkap rahasia di balik fase awal penggabungan antara lubang hitam supermasif, objek terberat di alam semesta.

Metodenya bisa mendeteksi gelombang gravitasi yang berosilasi hanya sekali setiap seribu tahun, 100 kali lebih lambat dibandingkan gelombang gravitasi yang diukur sebelumnya.

“Ini adalah gelombang yang mencapai kita dari sudut terjauh alam semesta, yang mampu mempengaruhi cara cahaya merambat,” kata Jeff Dror, Ph.D., asisten profesor fisika di University of California. Universitas Florida dan rekan penulis studi baru ini. “Mempelajari gelombang-gelombang dari alam semesta awal ini akan membantu kita membangun gambaran lengkap tentang sejarah kosmik kita, serupa dengan penemuan latar belakang gelombang mikro kosmik sebelumnya.”

Dror dan rekan penulisnya, peneliti pascadoktoral Universitas California, Santa Cruz William DeRocco, menerbitkan temuan mereka pada 26 Februari di jurnal Surat Tinjauan Fisik.

Wawasan Tentang Sejarah Kosmik

Gelombang gravitasi mirip dengan riak di angkasa. Seperti gelombang suara atau gelombang di lautan, gelombang gravitasi bervariasi dalam frekuensi dan amplitudo, informasi yang memberikan wawasan tentang asal usul dan usianya. Gelombang gravitasi yang mencapai kita dapat berosilasi pada frekuensi yang sangat rendah, jauh lebih rendah dibandingkan gelombang suara yang dapat dideteksi oleh telinga manusia. Beberapa frekuensi terendah yang terdeteksi di masa lalu hanya mencapai satu nanohertz.

“Sebagai referensi,” Dror menjelaskan, “frekuensi gelombang suara yang dihasilkan oleh auman aligator sekitar 100 miliar kali lebih tinggi dari frekuensi ini – ini adalah gelombang dengan nada yang sangat rendah.”

Metode pendeteksian baru mereka didasarkan pada analisis pulsar, bintang neutron yang memancarkan gelombang radio pada interval yang sangat teratur. Dror berhipotesis bahwa mencari perlambatan bertahap dalam kedatangan pulsa-pulsa ini dapat mengungkap gelombang gravitasi baru. Dengan mempelajari yang ada pulsar Berdasarkan data tersebut, Dror mampu mencari gelombang gravitasi dengan frekuensi yang lebih rendah dibandingkan sebelumnya, sehingga meningkatkan “jangkauan pendengaran” kita ke frekuensi serendah 10 picohertz, 100 kali lebih rendah dibandingkan upaya sebelumnya yang mendeteksi gelombang tingkat nanohertz.

Arah dan Simulasi Masa Depan

Meskipun gelombang gravitasi dengan frekuensi sekitar nanohertz telah terdeteksi sebelumnya, tidak banyak yang diketahui tentang asal usulnya. Ada dua teori. Gagasan utamanya adalah bahwa gelombang-gelombang ini adalah hasil penggabungan antara dua lubang hitam supermasif, yang jika benar, akan memberi para peneliti cara baru untuk mempelajari perilaku objek-objek raksasa yang terletak di jantung setiap galaksi.

Teori utama lainnya adalah bahwa gelombang-gelombang ini diciptakan oleh suatu peristiwa dahsyat di awal sejarah alam semesta. Dengan mempelajari gelombang gravitasi pada frekuensi yang lebih rendah lagi, mereka mungkin dapat membedakan kemungkinan-kemungkinan ini.

“Ke depan, langkah selanjutnya adalah menganalisis kumpulan data yang lebih baru,” kata Dror. “Kumpulan data yang kami gunakan sebagian besar berasal dari tahun 2014 dan 2015, dan sejumlah besar observasi pulsar telah dilakukan sejak saat itu.”

Dror juga berencana menjalankan simulasi pada data tiruan menggunakan superkomputer HiPerGator UF untuk mengungkap lebih jauh sejarah kosmik. Superkomputer secara efisien dapat menjalankan simulasi yang besar dan kompleks, sehingga secara signifikan mengurangi waktu yang diperlukan untuk menganalisis data.

Referensi: “Menggunakan Pergeseran Parameter Pulsar untuk Mendeteksi Gelombang Gravitasi Subnanohertz” oleh William DeRocco dan Jeff A. Dror, 8 Maret 2024, Surat Tinjauan Fisik.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.101403

Penelitian ini sebagian didukung oleh National Science Foundation dan Departemen Energi.