Kembali pada tahun 2017, gelombang gravitasi terdengar di Bumi seperti nada yang jelas dari bel. Itu membentang dan menekan setiap orang, semut dan instrumen ilmiah di planet ini saat melewati wilayah ruang kita. Sekarang, para peneliti telah kembali dan mempelajari gelombang itu, dan menemukan data tersembunyi di dalamnya - data yang membantu mengonfirmasi gagasan astrofisika yang telah berusia puluhan tahun.
Gelombang 2017 itu adalah masalah besar: Untuk pertama kalinya, para astronom memiliki alat yang dapat mendeteksi dan merekamnya ketika lewat, dikenal sebagai Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Gelombang pertama itu adalah hasilnya, mereka temukan, dari dua lubang hitam yang menabrak jauh di ruang angkasa. Dan sekarang, tim astrofisikawan telah melihat kembali rekaman itu dan menemukan sesuatu yang menurut orang lain akan membutuhkan waktu puluhan tahun untuk diungkap: konfirmasi yang tepat dari "teorema tanpa rambut". Aspek penting dari teori lubang hitam ini muncul setidaknya sejak tahun 1970-an - sebuah teorema yang oleh Stephen Hawking terkenal diragukan.
Ketika fisikawan mengatakan lubang hitam tidak memiliki "rambut," kata Maximiliano Isi, seorang fisikawan di MIT dan penulis utama makalah, mereka berarti bahwa objek astrofisika sangat sederhana. Lubang hitam hanya berbeda satu sama lain dalam tiga cara: laju putaran, massa, dan muatan listrik. Dan di dunia nyata, lubang hitam mungkin tidak banyak berbeda dalam muatan listrik, sehingga mereka benar-benar hanya berbeda dalam hal massa dan putaran. Fisikawan menyebut benda-benda botak ini "Kerr black hole."
Tanpa rambut itu membuat lubang hitam sangat berbeda dari hampir semua benda lain di alam semesta, Isi mengatakan kepada Live Science. Ketika bel nyata berdering, misalnya, ia memancarkan gelombang suara dan beberapa gelombang gravitasi yang tidak terdeteksi dan sangat pingsan. Tapi itu objek yang jauh lebih rumit. Lonceng terbuat dari bahan, misalnya (perunggu mungkin, atau besi cor), sementara menurut model tanpa rambut, lubang hitam semuanya singularitas seragam. Setiap bel juga memiliki bentuk yang agak unik, sedangkan lubang hitam semuanya sangat kecil, titik tanpa dimensi di ruang dikelilingi oleh horizon peristiwa bola. Semua fitur lonceng dapat dideteksi dalam suara yang dihasilkan lonceng - setidaknya jika Anda tahu sesuatu tentang lonceng dan gelombang suara. Jika Anda entah bagaimana bisa merasakan gelombang gravitasi lonceng, Anda akan mendeteksi perbedaan dalam komposisi lonceng dan bentuknya juga, kata Isi.
"Rahasia seluruh bisnis ini adalah bahwa bentuk gelombang - pola peregangan dan pemerasan ini - mengkodekan informasi pada sumbernya, hal yang membuat gelombang gravitasi ini," katanya kepada Live Science.
Dan para astronom yang mempelajari gelombang 2017 belajar banyak tentang tabrakan lubang hitam yang menyebabkannya, kata Isi.
Tetapi rekaman itu samar, dan tidak terlalu detail. LIGO, detektor gelombang gravitasi terbaik di dunia, menggunakan laser untuk mengukur jarak antara cermin yang diatur 2,5 mil (4 kilometer) terpisah dalam pola-L di negara bagian Washington. (Virgo, detektor serupa, juga mengambil gelombang di Italia.) Ketika gelombang berguling di atas LIGO, itu melengkungkan ruang-waktu itu sendiri dan sedikit mengubah jarak itu. Tetapi rincian gelombang graviasional itu tidak cukup kuat untuk dideteksi oleh para detektor, Isi mengatakan.
"Tapi sepertinya kita mendengarkan dari jauh," kata Isi.
Pada saat itu, gelombang itu menawarkan banyak informasi. Lubang hitam itu berperilaku seperti yang diharapkan. Tidak ada bukti yang jelas bahwa itu tidak memiliki cakrawala peristiwa (wilayah di mana tidak ada cahaya dapat melarikan diri) dan itu tidak menyimpang secara dramatis dari teorema tanpa rambut, kata Isi.
Tetapi para peneliti tidak bisa memastikan banyak dari poin-poin itu, terutama teorema tanpa rambut. Bagian paling sederhana dari gelombang untuk dipelajari, kata Isi, datang setelah dua lubang hitam bergabung menjadi satu lubang hitam yang lebih besar. Itu terus berdering untuk sementara waktu, sangat mirip lonceng yang dihantam, mengirimkan kelebihan energinya ke ruang angkasa sebagai gelombang gravitasi - yang oleh ahli astrofisika disebut proses "ringdown".
Pada saat itu, para peneliti yang melihat data LIGO melihat hanya satu bentuk gelombang di ringdown. Para peneliti berpikir akan membutuhkan waktu puluhan tahun untuk mengembangkan instrumen yang cukup sensitif untuk menangkap nada yang lebih tenang di ringdown. Tetapi salah satu rekan Isi, Matt Giesler, seorang fisikawan di California Institute of Technology, menemukan bahwa ada periode singkat tepat setelah tabrakan di mana ringdown cukup kuat sehingga LIGO mencatat lebih detail daripada biasanya. Dan pada saat-saat itu gelombang cukup keras sehingga LIGO mengambil nada - gelombang kedua pada frekuensi yang berbeda, sangat mirip dengan nada sekunder yang samar yang dibawa dalam bunyi bel yang dipukul.
Dalam instrumen musik, nada warna membawa sebagian besar informasi yang memberikan instrumen suara khas mereka. Hal yang sama berlaku untuk nada gelombang gravitasi, katanya. Dan nada yang baru terungkap ini mengklarifikasi data pada lubang hitam dering sangat banyak, kata Isi.
Itu menunjukkan, katanya, bahwa lubang hitam setidaknya sangat dekat dengan lubang hitam Kerr. Teorema tanpa-rambut dapat digunakan untuk memprediksi seperti apa nada itu; Isi dan timnya menunjukkan bahwa nada dasar cukup cocok dengan prediksi itu. Namun, perekaman nada tidak begitu jelas, jadi masih mungkin nada agak berbeda - sekitar 10% - dari apa yang diprediksi oleh teorema ...
Untuk melampaui tingkat presisi itu, katanya, Anda perlu mengekstraksi nada yang lebih jelas dari bentuk gelombang tabrakan black hole, atau membangun instrumen yang lebih sensitif daripada LIGO, kata Isi.
"Fisika adalah tentang semakin dekat dan dekat," kata Isi. "Tapi kamu tidak pernah bisa yakin."
Bahkan mungkin sinyal dari nada tidak nyata, tetapi terjadi hanya karena kebetulan fluktuasi data secara acak. Mereka melaporkan "kepercayaan 3.6σ" dalam keberadaan nada. Itu berarti ada peluang 1-in-6.300 bahwa nada tinggi itu bukan sinyal sebenarnya dari lubang hitam.
Ketika instrumen meningkat dan lebih banyak gelombang gravitasi terdeteksi, semua angka ini harus menjadi lebih percaya diri dan tepat, kata Isi. LIGO telah melalui peningkatan yang telah membuat mendeteksi tabrakan lubang hitam cukup rutin. Peningkatan lainnya, yang direncanakan untuk pertengahan 2020, akan meningkatkan sensitivitasnya sepuluh kali lipat, menurut Physics World. Setelah Laser Interferometer Space Antenna (LISA) berbasis ruang diluncurkan pada pertengahan 2030-an, para astronom harus dapat memastikan tidak berbulunya lubang hitam ke tingkat kepastian yang mustahil saat ini.
Namun, Isi mengatakan, selalu ada kemungkinan bahwa lubang hitam tidak sepenuhnya botak - mereka mungkin memiliki beberapa fuzz kuantum yang sederhana terlalu lunak dan pendek untuk diambil oleh instrumen kita.
