Gelombang gravitasi yang dipancarkan ketika lubang hitam yang jauh bertabrakan dan bergabung, menyebabkan jalinan ruang-waktu berdering seperti bel, dapat digunakan untuk membantu mengukur laju perluasan alam semesta, sebuah studi baru melaporkan.
Sejak akhir 1990-an, para astronom telah mengetahui bahwa alam semesta tidak hanya mengembang, tetapi juga dengan kecepatan yang semakin cepat. Penyebab dari apa yang disebut akselerasi akhir-akhir ini tetap misterius, sehingga mendapatkan nama penggantinya sendiri "energi gelap."
Dan para peneliti dibuat bingung oleh fakta bahwa dua cara utama untuk mengukur perluasan kosmik memberikan nilai laju yang berbeda, yang disebut konstanta Hubble. Ini perbedaan tetap adameskipun kedua metode tersebut menjadi lebih tepat selama bertahun-tahun.
Terkait: 'Masalah Hubble' dapat diperdalam dengan pengukuran baru perluasan alam semesta
Kedua teknik ini adalah metode "waktu akhir", yang mempertimbangkan kecepatan galaksi dan jaraknya dari kita, dan metode "waktu awal", yang mempelajari "cahaya fosil" tepat setelah Dentuman Besar disebut latar belakang gelombang mikro kosmik.
Pengukuran akhir waktu saat ini memberikan laju ekspansi sekitar 73 ± 1 kilometer per detik per megaparsec, sedangkan pengukuran waktu awal memberikan nilai 67,5 ± 0,5 km/s per megaparsec.
Hal ini menyebabkan para ilmuwan mencari metode yang menguatkan untuk mengukur konstanta Hubble. Dan di situlah studi baru masuk.
Lensa gravitasi dan gelombang gravitasi
Studi baru menyarankan penggunaan fenomena yang diprediksi oleh Albert Einstein dan biasanya dikaitkan dengan distorsi cahaya yang disebut lensa gravitasi untuk mengukur konstanta Hubble.
Lensa gravitasi adalah efek yang muncul dari Einstein teori relativitas umum. Teori gravitasi 1915 fisikawan besar memprediksi bahwa massa memiliki efek melengkung pada ruang dan waktu, bersatu sebagai entitas empat dimensi yang disebut ruang-waktu.
Pembengkokan ini berarti bahwa, ketika cahaya dari sumber latar belakang melewati objek bermassa besar seperti galaksi, jalurnya dibelokkan oleh "lensa gravitasi" ini. Efek ini dapat menghasilkan perbesaran sumber latar belakang, dan digunakan dengan efek yang hebat untuk melihat galaksi-galaksi awal oleh observatorium seperti milik NASA. Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST).
Lensa gravitasi biasanya dikaitkan dengan cahaya. Tetapi gelombang gravitasi — riak dalam ruang-waktu yang diciptakan oleh percepatan benda-benda bermassa besar, seperti dua lubang hitam yang berputar satu sama lain — juga akan terpengaruh. Itu berarti gelombang gravitasi dari peristiwa penggabungan yang hebat ini juga harus menampilkan pelensaan gravitasi, seperti halnya cahaya.
Cahaya dapat mengambil jalur yang berbeda melewati objek pelensaan karena jumlah yang dibelokkan bergantung pada seberapa dekat jaraknya dengan lensa gravitasi. Ini berarti cahaya tiba di Bumi pada waktu yang berbeda, dan penundaan waktu ini dapat menyebabkan objek yang sama muncul di banyak tempat dalam satu gambar. Karena gelombang gravitasi juga dapat mengambil jalur yang berbeda melewati lensa gravitasi, mereka juga harus menampilkan penundaan waktu kedatangan yang serupa, yang berarti bahwa detektor gelombang gravitasi, secara teori, dapat mendeteksi gelombang gravitasi dari peristiwa yang sama pada waktu yang berbeda.
Ini dapat digunakan sebagai ukuran konstanta Hubble, kata anggota tim studi. Itu karena laju perluasan alam semesta memengaruhi jarak antara sumber gelombang gravitasi — lubang hitam penggabungan, misalnya — dan galaksi yang melengkungkan ruang-waktu dan bertindak sebagai pelensaan gravitasi dan jarak ke Bumi.
Tim tersebut mengatakan bahwa jumlah pelensaan gelombang gravitasi harus bergantung pada laju ekspansi alam semesta dan, dengan demikian, konstanta Hubble. Mereka menyarankan bahwa konstanta Hubble yang lebih besar akan menghasilkan fraksi yang lebih tinggi dari penggabungan lubang hitam berlensa dan juga nilai penundaan waktu yang lebih kecil dibandingkan dengan apa yang akan terlihat dalam kasus konstanta Hubble yang lebih kecil.
Terkait: Latar belakang gelombang gravitasi alam semesta telah terdengar untuk pertama kalinya
Anda menunggu lama untuk gelombang gravitasi, dan kemudian dua datang sekaligus…
Keuntungan mengukur laju pemuaian alam semesta dengan gelombang gravitasi daripada cahaya adalah bahwa riak ini tidak terpengaruh saat melewati awan gas dan debu masif, sedangkan cahaya dapat diserap atau frekuensinya diubah. Ini berarti teknik tersebut dapat memungkinkan para astronom untuk "melihat" lebih jauh ke belakang ke dalam sejarah alam semesta daripada yang diizinkan oleh cahaya berlensa kuat sekalipun.
Para ilmuwan belum mendeteksi efek pelensaan gravitasi yang kuat pada gelombang gravitasi dari penggabungan lubang hitam, dan teknik yang disarankan oleh tim akan bergantung pada katalog ribuan peristiwa gelombang gravitasi, yang belum tersedia. Gelombang gravitasi pertama adalah pertama kali terdeteksi hanya pada tahun 2015, jadi ini masih merupakan bidang ilmu baru. Namun perkembangan besar sedang terjadi.
Sensitivitas detektor gelombang gravitasi berbasis darat telah meningkat dengan peningkatan signifikan baru-baru ini Observatorium Gelombang Gravitasi Interferometer Laser (LIGO), Virgo, dan Detektor Gelombang Gravitasi Kamioka (KAGRA). Selain itu, detektor gelombang gravitasi berbasis ruang angkasa pertama, Laser Interferometer Space Antenna (LISA) Eropa, akan diluncurkan pada tahun 2037.
Dengan instrumen yang ditingkatkan ini, para ilmuwan dapat mulai membangun database yang memungkinkan pengamatan pelensaan gravitasi dalam gelombang gravitasi. Dalam data ini, tim berharap menemukan sebagian kecil dari sinyal berulang dari peristiwa penggabungan lubang hitam yang sama, seperti sumber cahaya jauh yang sama yang muncul beberapa kali dalam gambar JWST karena pelensaan gravitasi.
"Tujuan ilmiah utama dari detektor masa depan adalah untuk memberikan katalog lengkap peristiwa gelombang gravitasi, dan ini akan menjadi penggunaan dataset yang luar biasa," rekan penulis studi Tejaswi Venumadhav Nerella, seorang astrofisikawan teoretis di University of California, Santa Barbara, kata dalam sebuah pernyataan.
Penelitian ini dipublikasikan pada 30 Juni di jurnal Surat Tinjauan Fisik.
Une bien bonne attitude