Penggabungan dan penggabungan lubang hitam dengan celah massa yang lebih rendah (permukaan abu-abu gelap) dengan bintang neutron dengan warna mulai dari biru tua (60 gram per sentimeter kubik) hingga putih (600 kilogram per sentimeter kubik) menyoroti deformasi yang kuat di lubang hitam rendah. -bahan kepadatan bintang neutron. Kredit: I. Markin (Universitas Potsdam), T. Dietrich (Universitas Potsdam dan Institut Fisika Gravitasi Max Planck), H. Pfeiffer, A. Buonanno (Institut Fisika Gravitasi Max Planck).
Para ilmuwan telah mendeteksi gelombang gravitasi dari tumbukan antara a bintang neutron dan sebuah potensi lubang hitam dalam kesenjangan massa, menunjukkan bahwa peristiwa kosmik seperti itu mungkin lebih sering terjadi daripada yang diperkirakan.
Peneliti dari Universitas PortsmouthInstitut Kosmologi dan Gravitasi (ICG) milik NASA telah membantu mendeteksi sinyal gelombang gravitasi yang luar biasa, yang dapat menjadi kunci untuk memecahkan misteri kosmik.
Penemuan ini berasal dari serangkaian hasil terbaru yang diumumkan pada 5 April oleh LIGO-Kolaborasi Virgo-KAGRA, yang terdiri dari lebih dari 1.600 ilmuwan dari seluruh dunia, termasuk anggota ICG, yang berupaya mendeteksi gelombang gravitasi dan menggunakannya untuk eksplorasi dasar-dasar ilmu pengetahuan.
Pada bulan Mei 2023, tak lama setelah dimulainya pengamatan LIGO-Virgo-KAGRA keempat, detektor LIGO Livingston di Louisiana, AS, mengamati sinyal gelombang gravitasi dari tabrakan yang kemungkinan besar merupakan bintang neutron dengan benda padat yang adalah 2,5 hingga 4,5 kali massa Matahari kita.
Mengungkap Fenomena Kosmik
Bintang neutron dan lubang hitam keduanya merupakan objek kompak, sisa-sisa ledakan bintang masif. Yang membuat sinyal yang disebut GW230529 ini menarik adalah massa benda yang lebih berat. Ia berada dalam kesenjangan massa yang mungkin terjadi antara bintang neutron terberat yang diketahui dan lubang hitam paling ringan. Sinyal gelombang gravitasi saja tidak dapat mengungkap sifat objek tersebut. Deteksi peristiwa serupa di masa depan, terutama yang disertai semburan radiasi elektromagnetik, dapat membantu mengatasi masalah ini.
“Deteksi ini, yang pertama dari hasil menarik kami dari pengamatan keempat LIGO-Virgo-KAGRA, mengungkapkan bahwa mungkin ada tingkat tabrakan serupa yang lebih tinggi antara bintang neutron dan lubang hitam bermassa rendah daripada yang kami perkirakan sebelumnya,” kata Dr. McIver, Asisten Profesor di Universitas British Columbia dan Wakil Juru Bicara Kolaborasi Ilmiah LIGO.
Karena peristiwa ini hanya terlihat oleh satu detektor gelombang gravitasi, maka menilai apakah peristiwa ini nyata atau tidak menjadi lebih sulit.
Gambar ini menunjukkan penggabungan lubang hitam dengan celah massa yang lebih rendah (permukaan abu-abu gelap) dengan bintang neutron dengan warna mulai dari oranye gelap (1 juta ton per sentimeter kubik) hingga putih (600 juta ton per sentimeter kubik). Sinyal gelombang gravitasi direpresentasikan dengan sekumpulan nilai amplitudo regangan polarisasi plus menggunakan warna dari biru tua hingga cyan. Kredit: I. Markin (Universitas Potsdam), T. Dietrich (Universitas Potsdam dan Institut Fisika Gravitasi Max Planck), H. Pfeiffer, A. Buonanno (Institut Fisika Gravitasi Max Planck).
Kemajuan dalam Teknik Deteksi
Gareth Cabourn Davies, Insinyur Perangkat Lunak Riset di ICG, mengembangkan alat yang digunakan untuk mencari peristiwa dalam satu detektor. Dia berkata: “Mengonfirmasi peristiwa dengan melihatnya di berbagai detektor adalah salah satu alat kami yang paling ampuh dalam memisahkan sinyal dari kebisingan. Dengan menggunakan model kebisingan latar belakang yang sesuai, kita dapat menilai suatu peristiwa bahkan ketika kita tidak memiliki detektor lain untuk mendukung apa yang telah kita lihat.”
Sebelum gelombang gravitasi terdeteksi pada tahun 2015, massa lubang hitam bermassa bintang terutama ditemukan menggunakan observasi sinar-X, sedangkan massa bintang neutron ditemukan menggunakan observasi radio. Pengukuran yang dihasilkan terbagi dalam dua rentang berbeda dengan jarak antara keduanya sekitar 2 hingga 5 kali massa Matahari kita. Selama bertahun-tahun, sejumlah kecil pengukuran telah melanggar kesenjangan massa, dan hal ini masih diperdebatkan di kalangan astrofisikawan.
Implikasi Temuan Terbaru
Analisis terhadap sinyal GW230529 menunjukkan bahwa sinyal tersebut berasal dari penggabungan dua objek kompak, satu memiliki massa antara 1,2 hingga 2,0 kali Matahari kita dan yang lainnya sedikit lebih dari dua kali massanya.
Meskipun sinyal gelombang gravitasi tidak memberikan informasi yang cukup untuk menentukan dengan pasti apakah objek kompak ini adalah bintang neutron atau lubang hitam, nampaknya objek yang lebih ringan adalah bintang neutron dan objek yang lebih berat adalah lubang hitam. Para ilmuwan dalam Kolaborasi LIGO-Virgo-KAGRA yakin bahwa benda yang lebih berat berada dalam kesenjangan massa.
Pengamatan gelombang gravitasi kini telah menghasilkan hampir 200 pengukuran massa benda padat. Dari jumlah tersebut, hanya satu penggabungan lainnya yang mungkin melibatkan objek kompak dengan celah massa – sinyal GW190814 berasal dari penggabungan lubang hitam dengan objek kompak yang melebihi massa bintang neutron terberat yang diketahui dan mungkin berada dalam celah massa.
“Meskipun bukti sebelumnya mengenai objek dengan celah massa telah dilaporkan dalam bentuk gelombang gravitasi dan elektromagnetik, sistem ini sangat menarik karena ini merupakan deteksi gelombang gravitasi pertama dari objek dengan celah massa yang dipasangkan dengan bintang neutron,” kata Dr. Sylvia Biscoveanu dari Universitas Barat Laut. “Pengamatan sistem ini memiliki implikasi penting bagi teori evolusi biner dan teori elektromagnetik terhadap penggabungan objek kompak.”
Pengamatan Saat Ini dan Masa Depan
Pengamatan keempat direncanakan berlangsung selama 20 bulan termasuk istirahat beberapa bulan untuk melakukan pemeliharaan detektor dan melakukan sejumlah perbaikan yang diperlukan. Pada 16 Januari 2024, ketika jeda saat ini dimulai, total 81 kandidat sinyal signifikan telah diidentifikasi. GW230529 adalah yang pertama diterbitkan setelah penyelidikan mendetail.
Pengamatan keempat akan dilanjutkan pada 10 April 2024 dengan detektor LIGO Hanford, LIGO Livingston, dan Virgo beroperasi bersama. Perjalanan ini akan berlanjut hingga Februari 2025 tanpa ada rencana jeda pengamatan lebih lanjut.
Sementara proses observasi berlanjut, peneliti LIGO-Virgo-KAGRA menganalisis data dari paruh pertama proses dan memeriksa 80 kandidat sinyal signifikan yang tersisa yang telah diidentifikasi. Pada akhir pengamatan keempat pada bulan Februari 2025, jumlah total sinyal gelombang gravitasi yang diamati akan melebihi 200.
