Tabrakan yang diamati antara dua lubang hitam, yang masing-masing massanya lebih besar dari seratus matahari, merupakan penggabungan terbesar dari jenisnya yang pernah tercatat, menurut penelitian baru.
Sebuah tim astronom menemukan peristiwa yang dijuluki GW231123 ini ketika Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) — sepasang instrumen identik yang terletak di Livingston, Louisiana, dan Hanford, Washington — mendeteksi riak-riak samar dalam ruang-waktu yang dihasilkan oleh dua lubang hitam yang bertabrakan. Para fisikawan menyebut riak-riak tersebut sebagai gelombang gravitasi.
Gelombang gravitasi diprediksi oleh Albert Einstein pada tahun 1915 sebagai bagian dari teori relativitasnya, tetapi ia menganggap gelombang tersebut terlalu lemah untuk dapat ditemukan oleh teknologi manusia. Namun, pada tahun 2016, LIGO mendeteksinya untuk pertama kalinya ketika lubang hitam bertabrakan, membuktikan Einstein benar (sekali lagi ). Tahun berikutnya, tiga ilmuwan menerima penghargaan atas kontribusi kunci mereka dalam pengembangan apa yang secara umum disebut ” teleskop lubang hitam “.
Sejak deteksi pertama gelombang gravitasi, LIGO dan instrumen saudaranya — Virgo di Italia, dan KAGRA di Jepang — telah mendeteksi tanda-tanda sekitar 300 penggabungan lubang hitam. “Detektor-detektor menakjubkan ini sungguh merupakan instrumen pengukuran paling sensitif yang pernah diciptakan manusia,” kata Mark Hannam, kepala Gravity Exploration Institute di Universitas Cardiff, Inggris, dan anggota Kolaborasi Ilmiah LIGO. “Jadi, kami mengamati peristiwa paling dahsyat dan ekstrem di alam semesta melalui pengukuran terkecil yang dapat kami lakukan.”
Namun, GW231123 merupakan pengecualian di antara 300 penggabungan lubang hitam tersebut, dan bukan hanya karena ia merupakan tabrakan paling masif.
“Lubang-lubang hitam individual ini istimewa karena berada dalam rentang massa yang tidak kita duga berasal dari bintang-bintang yang sekarat,” kata Charlie Hoy, seorang peneliti di Universitas Portsmouth di Inggris yang juga anggota Kolaborasi Ilmiah LIGO. “Seolah ini belum cukup,” lanjutnya, “lubang-lubang hitam tersebut kemungkinan juga berputar hampir secepat yang dimungkinkan secara fisik. GW231123 menghadirkan tantangan nyata bagi pemahaman kita tentang pembentukan lubang hitam.”
Gelombang gravitasi adalah satu-satunya cara para ilmuwan dapat mengamati tabrakan dalam sistem biner di mana dua lubang hitam saling mengorbit. “Sebelum kita dapat mengamatinya dengan gelombang gravitasi, bahkan ada pertanyaan tentang keberadaan sistem biner lubang hitam,” kata Hannam. “Lubang hitam tidak memancarkan cahaya atau radiasi elektromagnetik lainnya, sehingga teleskop biasa mana pun tidak dapat mengamatinya.”
Menurut teori relativitas umum Einstein, gravitasi adalah peregangan ruang dan waktu, dan memaksa benda-benda bergerak melalui ruang lengkung. Ketika benda-benda bergerak sangat cepat, seperti lubang hitam yang berputar, ruang lengkung tersebut membentuk riak-riak yang menyebar ke luar seperti gelombang.
Gelombang gravitasi ini “sangat lemah,” menurut Hannam, dan terdapat keterbatasan informasi yang dapat mereka berikan. Misalnya, terdapat ketidakpastian mengenai jarak GW231123 dari Bumi; jaraknya bisa mencapai 12 miliar tahun cahaya. Hannam lebih yakin mengenai massa kedua lubang hitam tersebut, yang diperkirakan sekitar 100 dan 140 kali massa Matahari.
Namun, angka-angka tersebut membingungkan: “Ada mekanisme standar yang mendasari pembentukan lubang hitam — ketika bintang kehabisan bahan bakar, mati, lalu runtuh,” kata Hannam. “Namun, ada rentang massa tertentu yang menurut kami mustahil bagi lubang hitam untuk terbentuk dengan cara itu. Dan lubang hitam dari GW231123 berada tepat di tengah celah (massa) tersebut. Jadi, muncul pertanyaan tentang bagaimana mereka terbentuk, dan itulah yang membuatnya cukup menarik.”
“Celah massa” yang dirujuk Hannam dimulai pada sekitar 60 massa matahari dan terus meningkat hingga sekitar 130, tetapi karena ini merupakan rentang teoretis, artinya belum diamati secara langsung, terdapat ketidakpastian tentang di mana celah ini dimulai dan di mana ia berakhir. Namun, jika lubang hitam dari GW231123 memang jatuh ke dalam celah ini, kemungkinan besar lubang hitam tersebut tidak terbentuk dari bintang yang runtuh, melainkan dengan cara lain.
Dalam sebuah studi yang diterbitkan Senin di repositori akses terbuka Arxiv, Hannam dan rekan-rekannya berpendapat bahwa “kesenjangan massa” dapat dijelaskan jika kedua lubang hitam tersebut merupakan hasil penggabungan sebelumnya, alih-alih hasil dari bintang yang sekarat. “Ini adalah mekanisme yang telah dibicarakan orang-orang sebelumnya dan kami telah melihat petunjuknya sebelumnya,” ujarnya.