Pada Januari 2016, para peneliti di Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) membuat sejarah ketika mereka mengumumkan deteksi pertama gelombang gravitasi. Didukung oleh National Science Foundation (NSF) dan dioperasikan oleh Caltech dan MIT, LIGO didedikasikan untuk mempelajari gelombang yang diprediksi oleh Teori Relativitas Umum Einstein dan disebabkan oleh merger lubang hitam.
Menurut sebuah studi baru oleh tim astronom dari Pusat Kosmologi di University of California Irvine, merger semacam itu jauh lebih umum daripada yang kita duga. Setelah melakukan survei kosmos yang dimaksudkan untuk menghitung dan mengkategorikan lubang hitam, tim UCI menentukan bahwa mungkin ada sebanyak 100 juta lubang hitam di galaksi, sebuah temuan yang memiliki implikasi signifikan untuk studi gelombang gravitasi.
Studi yang merinci temuan mereka, berjudul "Menghitung Lubang Hitam: Populasi Tersisa Cosmic Stellar dan Implikasi untuk LIGO", baru-baru ini muncul di Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society. Dipimpin oleh Oliver D. Elbert, seorang mahasiswa postdoc dengan departemen Fisika dan Astronomi di UC Irvine, tim melakukan analisis sinyal gelombang gravitasi yang telah terdeteksi oleh LIGO.
Studi mereka dimulai kira-kira satu setengah tahun yang lalu, tak lama setelah LIGO mengumumkan deteksi pertama gelombang gravitasi. Gelombang-gelombang ini diciptakan oleh penggabungan dua lubang hitam yang jauh, yang masing-masing memiliki massa setara dengan sekitar 30 Matahari. Seperti James Bullock, seorang profesor fisika dan astronomi di UC Irvine dan rekan penulis di atas kertas, menjelaskan dalam siaran pers UCI:
"Pada dasarnya, deteksi gelombang gravitasi adalah masalah besar, karena itu adalah konfirmasi dari prediksi kunci teori relativitas umum Einstein. Tapi kemudian kami melihat lebih dekat pada astrofisika hasil aktual, penggabungan dua lubang hitam bermassa 30-surya. Itu sangat mencengangkan dan membuat kami bertanya, "Seberapa umum lubang hitam sebesar ini, dan seberapa sering mereka bergabung?"
Secara tradisional, para astronom berpendapat bahwa lubang hitam biasanya memiliki massa yang sama dengan Matahari kita. Dengan demikian, mereka berusaha untuk menafsirkan deteksi gelombang gravitasi berganda yang dibuat oleh LIGO dalam hal apa yang diketahui tentang pembentukan galaksi. Selain itu, mereka juga berupaya membuat kerangka kerja untuk memprediksi merger lubang hitam di masa depan.
Dari ini, mereka menyimpulkan bahwa Galaksi Bima Sakti akan menjadi rumah bagi 100 juta lubang hitam, 10 juta di antaranya akan memiliki massa diperkirakan sekitar 30 massa Matahari - yaitu serupa dengan yang menggabungkan dan menciptakan gelombang gravitasi pertama yang terdeteksi oleh LIGO pada 2016. Sementara itu, galaksi kerdil - seperti Draco Dwarf, yang mengorbit pada jarak sekitar 250.000 dari pusat galaksi kita - akan menampung sekitar 100 lubang hitam.
Mereka lebih lanjut menentukan bahwa hari ini, sebagian besar lubang hitam bermassa rendah (~ 10 massa Matahari) berada dalam galaksi 1 triliun massa Matahari (galaksi masif) sementara lubang hitam masif (~ 50 massa Matahari) berada di dalam galaksi yang memiliki sekitar 10 miliar massa Matahari (Yaitu galaksi kerdil). Setelah mempertimbangkan hubungan antara massa galaksi dan logam bintang, mereka menafsirkan jumlah lubang hitam galaksi sebagai fungsi dari massa bintangnya.
Selain itu, mereka juga berusaha menentukan seberapa sering lubang hitam berpasangan, seberapa sering mereka bergabung dan berapa lama ini akan berlangsung. Analisis mereka menunjukkan bahwa hanya sebagian kecil lubang hitam yang perlu dilibatkan dalam merger untuk mengakomodasi apa yang diamati oleh LIGO. Ini juga menawarkan prediksi yang menunjukkan bagaimana lubang hitam yang lebih besar bisa bergabung dalam dekade berikutnya.
Seperti Manoj Kaplinghat, juga seorang profesor fisika dan astronomi UCI dan rekan penulis kedua dalam penelitian ini, menjelaskan:
“Kami menunjukkan bahwa hanya 0,1 hingga 1 persen dari lubang hitam yang terbentuk harus bergabung untuk menjelaskan apa yang LIGO lihat. Tentu saja, lubang hitam harus cukup dekat untuk bergabung dalam waktu yang wajar, yang merupakan masalah terbuka ... Jika ide saat ini tentang evolusi bintang benar, maka perhitungan kami menunjukkan bahwa merger lubang hitam bahkan dengan massa 50 massa matahari akan terdeteksi dalam beberapa tahun. "
Dengan kata lain, galaksi kita mungkin penuh dengan lubang hitam, dan merger bisa terjadi secara teratur (relatif terhadap rentang waktu kosmologis). Dengan demikian, kita dapat berharap bahwa lebih banyak deteksi gelombang gravitasi akan dimungkinkan di tahun-tahun mendatang. Ini seharusnya tidak mengejutkan, mengingat bagaimana LIGO telah membuat dua deteksi tambahan sejak musim dingin 2016.
Dengan lebih banyak lagi yang diharapkan datang, para astronom akan memiliki banyak kesempatan untuk mempelajari merger lubang hitam, belum lagi fisika yang mendorongnya!
