Dengan menggunakan detektor gelombang gravitasi terbesar yang pernah dibuat, kami telah mengkonfirmasi laporan sebelumnya bahwa struktur alam semesta terus bergetar. Kebisingan latar belakang ini kemungkinan besar disebabkan oleh tabrakan antara lubang hitam raksasa yang berada di jantung galaksi.
Hasil dari detektor kami (serangkaian bintang neutron yang berputar cepat dan tersebar di seluruh galaksi) menunjukkan bahwa “latar belakang gelombang gravitasi” ini mungkin lebih kuat dari yang diperkirakan sebelumnya. Kami juga telah menghasilkan peta gelombang gravitasi paling rinci di langit dan telah menemukan “titik panas” aktivitas yang menarik di belahan bumi selatan.
Kita penyelidikan adalah diterbitkan hari ini di tiga makalah dalam Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society.
Gelombang dalam ruang dan waktu
gelombang gravitasi Mereka adalah gelombang dalam kain ruang angkasa Dan waktu. Mereka tercipta ketika benda-benda yang sangat padat dan masif mengorbit atau bertabrakan satu sama lain.
Benda yang paling padat dan masif di alam semesta adalah lubang hitamsisa-sisa bintang mati. Satu-satunya cara untuk mempelajari lubang hitam adalah dengan mencari gelombang gravitasi yang mereka pancarkan ketika mereka saling berdekatan.
Seperti cahaya, gelombang gravitasi dipancarkan dalam suatu spektrum. Lubang hitam paling masif memancarkan gelombang paling lambat dan paling kuat, namun untuk mempelajarinya kita memerlukan detektor seukuran galaksi kita.
Gelombang gravitasi frekuensi tinggi yang tercipta dari tabrakan antara lubang hitam yang relatif kecil dapat dideteksi dengan detektor berbasis darat dan pertama kali diamati pada tahun 2015. Namun, bukti karena keberadaan gelombang yang lebih lambat dan lebih kuat baru ditemukan pada tahun lalu.
Beberapa kelompok astronom di seluruh dunia telah memasang detektor gelombang gravitasi skala galaksi dengan mengamati secara dekat perilaku kelompok jenis bintang tertentu. Eksperimen kami, itu Set Sinkronisasi MeerKAT PulsarIni adalah detektor terbesar dalam skala galaksi.
Hari ini kami mengumumkan lebih banyak bukti gelombang gravitasi frekuensi rendah, namun dengan beberapa perbedaan menarik dari hasil sebelumnya. Hanya dalam sepertiga waktu percobaan lainnya, kami telah menemukan sinyal yang menunjukkan alam semesta lebih aktif dari yang diperkirakan.
Kami juga telah mampu memetakan arsitektur kosmik yang ditinggalkan oleh penggabungan galaksi dengan presisi yang lebih tinggi dibandingkan sebelumnya.
Lubang hitam, galaksi, dan pulsar
Para ilmuwan percaya bahwa di pusat sebagian besar galaksi terdapat objek raksasa yang dikenal sebagai lubang hitam supermasif. Meskipun massanya sangat besar (miliaran kali lipat massa kita Matahari — raksasa kosmik ini sulit dipelajari.
Para astronom telah mengetahui tentang lubang hitam supermasif selama beberapa dekade, tetapi hanya mengamati satu lubang hitam secara langsung untuk pertama kalinya pada tahun 2019.
Ketika dua galaksi bergabung, lubang hitam di pusatnya mulai berputar ke arah satu sama lain. Dalam proses ini mereka mengirimkan gelombang gravitasi yang lambat dan kuat yang memberi kita kesempatan untuk mempelajarinya.
Kami melakukan ini dengan menggunakan kelompok objek kosmik eksotis lainnya: pulsar. Ini adalah bintang-bintang yang sangat padat yang sebagian besar terdiri dari neutron, yang ukurannya kira-kira sebesar kota tetapi dua kali lebih berat dari Matahari.
Pulsar berputar ratusan kali per detik. Saat berputar, mereka bertindak seperti suar, menghantam Bumi dengan gelombang radiasi yang berjarak ribuan tahun cahaya. Untuk beberapa pulsar, kita dapat memprediksi kapan pulsa tersebut akan mencapai kita dengan presisi nanodetik.
Detektor gelombang gravitasi kami memanfaatkan fakta ini. Jika kita mengamati banyak pulsar dalam jangka waktu yang sama dan salah menentukan kapan pulsa tersebut menghantam kita dengan cara yang sangat spesifik, kita tahu bahwa gelombang gravitasi meregangkan atau menekan ruang antara Bumi dan pulsar.
Namun, alih-alih melihat satu gelombang saja, kita malah berharap melihat lautan kosmik yang dipenuhi gelombang-gelombang yang saling bersilangan ke segala arah: gelombang-gelombang yang menggemakan setiap penggabungan galaksi dalam sejarah alam semesta. Kami menyebutnya latar belakang gelombang gravitasi.
Sinyal yang sangat kuat dan ‘hot spot’ yang menarik
Untuk mendeteksi latar belakang gelombang gravitasi, kami menggunakan Teleskop radio MeerKAT di Afrika Selatan. MeerKAT adalah salah satu teleskop radio paling sensitif di dunia.
Sebagai bagian dari MeerKAT Pulsar Timing Array, mereka telah mengamati sekelompok 83 pulsar selama sekitar lima tahun, mengukur secara tepat kapan pulsa mereka tiba di Bumi. Hal ini mengarahkan kami untuk menemukan pola yang terkait dengan latar belakang gelombang gravitasi, yang sedikit berbeda dari apa yang ditemukan dalam eksperimen lain.
Pola tersebut, yang mewakili bagaimana ruang dan waktu antara Bumi dan pulsar diubah oleh gelombang gravitasi yang melintas di antara keduanya, ternyata lebih kuat dari yang diperkirakan.
Ini bisa berarti bahwa terdapat lebih banyak lubang hitam supermasif yang mengorbit satu sama lain daripada yang kita duga. Jika ya, hal ini menimbulkan lebih banyak pertanyaan, karena teori yang ada saat ini menunjukkan bahwa jumlah lubang hitam supermasif seharusnya lebih sedikit daripada yang kita lihat.
Ukuran detektor kami dan sensitivitas teleskop MeerKAT memungkinkan kami menilai latar belakang dengan sangat presisi. Hal ini memungkinkan kami membuat peta latar belakang gelombang gravitasi paling detail hingga saat ini. Memetakan latar belakang dengan cara ini sangat penting untuk memahami arsitektur kosmik alam semesta kita.
Hal ini bahkan mungkin membawa kita ke sumber utama sinyal gelombang gravitasi yang kita amati. Meskipun menurut kami latar belakangnya mungkin timbul dari interaksi lubang hitam kolosal ini, hal ini mungkin juga disebabkan oleh perubahan di alam semesta energik awal setelah Big Bang, atau mungkin bahkan peristiwa yang lebih eksotik.
Peta yang kami buat menunjukkan “titik panas” aktivitas gelombang gravitasi yang menarik di langit belahan bumi selatan. Jenis ketidakteraturan ini mendukung gagasan tentang latar belakang yang diciptakan oleh lubang hitam supermasif, bukan alternatif lain.
Namun, pembuatan detektor seukuran galaksi sangatlah rumit dan masih terlalu dini untuk mengatakan apakah ini asli atau anomali statistik.
Untuk mengonfirmasi temuan kami, kami berupaya menggabungkan data baru kami dengan hasil kolaborasi internasional lainnya di bawah bendera Set Sinkronisasi Internasional Pulsar.
Artikel yang telah diedit ini diterbitkan ulang dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Baca artikel asli.
