MISTERI GELOMBANG GRAVITASI

Wow, Menakjubkan! Misteri Gravitasi Akhirnya Terkuak dan Terdeteksi!

Apakah gravitasi itu? Apa yang menyebabkan gravitasi? Secara spesifik ilmuwan pun masih bingung dibuatnya dan termasuk misteri terbesar dalam dunia sains khususnya astronomi. Walaupun gravitasi telah dipelajari sejak zaman Newton, namun bidang ini masih sedikit sekali diketahui oleh ilmu pengetahuan masa kini, dan menimbulkan misteri bagi seluruh ilmuwan selama berabad-abad lamanya.

Gravitasi tidak bisa dijelaskan oleh mode standar fisika. Awalnya, para teoretisi meyakini bahwa gravitasi mungkin ada kaitannya dengan partikel kecil yang tak bermassa bernama graviton yang menimbulkan gaya gravitasi.

“Gravitasi sama sekali berbeda dengan gaya lain yang bisa dideskripsikan dalam model standar, karena gravitasi tak memilik standar. Saat Anda mengerjakan perhitungan interaksi gravitasional kecil, maka Anda akan mendapat jawaban yang ngawur. Matematika sama sekali tak bisa bekerja,” kata Mark Jackson, pakar fisika teori dari Fermilab di Illinois AS.

Selama ini gravitasi masih misteri bagi seluruh ilmuwan selama berabad-abad lamanya.

Namun pada Kamis (11/02/2016) lalu, akhirnya ilmuwan di pusat penelitian LIGO yaitu singkatan dari Laser Interferometer Gravitational – Wave Observatory, secara resmi mengumumkan penemuan adanya gravitational waves atau “gelombang gravitasi” pertama yang terdeteksi oleh umat manusia.

Seluruh ilmuwan, terutama para ahli fisika dan astronomi pun bersorak. Penemuan ini dianggap sangat penting, bahkan sejajar dengan penemuan “Partikel Tuhan” beberapa tahun lalu.

Bahkan, bila Albert Einstein masih hidup, mungkin dia akan sangat bahagia karena salah satu prediksinya terbukti benar. Lalu timbul pertanyaan mendasar yang masih awam, apakah sejatinya gelombang gravitasi itu?

Penemuan terbesar abad ini yang sangat penting

Apakah Anda masih ingat saat “Partikel Tuhan” atau Higgs Boson ditemukan beberapa tahun lalu? Nah, penemuan gelombang gravitasi sama pentingnya dengan penemuan partikel Tuhan. (baca: [Dunia Gaib Ada] “Partikel Tuhan”, Pintu Gerbang Sains Kenali “Alam Gaib”)

Mengapa penemuan gelombang gravitasi sangat teramat penting? Bahkan mungkin lebih penting dari partikel Tuhan? Sebab teori relativitas Albert Einstein yang disampaikan di tahun 1916 atau seratus tahun lalu itu, berlandaskan pada gelombang gravitasi.

Albert Einstein

Keberadaan gelombang gravitasi termasuk melingkupi teka-teki tentang Blackhole atau Lubang Hitam hingga Konsep Ruang dan Waktu, yang semuanya ada kaitannya dengan gelombang gravitasi ini.

Teori relativitas Einstein sendiri selama ini telah dipelajari oleh jutaan ilmuwan dari seluruh penjuru dunia karena merupakan kunci dari Fisika Atom hingga Fisika Nuklir, bahkan hingga Mekanika Kuantum. Cabang-cabang sains inilah yang akan membuat manusia bisa lebih mengerti tentang segala hakikat dari alam semesta.

“Penemuan gelombang gravitasi ini adalah terobosan terbesar dalam dunia Fisika setelah puluhan tahun. Semua hal yang ada di astronomi layaknya adalah seperti mata, dan penemuan gelombang gravitasi ini membuat astronomi layaknya mulai mempunyai telinga. Kita belum pernah mempunyai telinga sebelumnya,” ujar Szaboles Marka, salah satu ilmuwan dari Universitas Columbia.

Mengenal Gelombang Gravitasi

Istilah gelombang gravitasi pertama kali diperkenalkan oleh Albert Einstein di tahun 1916 dalam makalahnya tentang teori relativitas umum. Dalam fisika, gelombang gravitasi adalah riak dalam lengkung ruang-waktu yang bergerak dalam bentuk gelombang menjauhi sumbernya.

Keberadaan gelombang ini diprediksi pada tahun 1916 oleh Albert Einstein sebagai dasar teori relativitas umum yang dipaparkannya. Namun kala itu keberadaan peralatan berteknnologi canggih seperti komputer dan lainnya untuk simulasi dan percobaan di dalam laboratoriumnya belum ada.

Dalam fisika, gelombang gravitasi adalah riak dalam lengkung ruang-waktu yang bergerak dalam bentuk gelombang menjauhi sumbernya.

Dalam prediksi Albert Einstein itu menjelaskan bahwa gelombang gravitasi dapat mengangkut energi dalam bentuk radiasi gravitasi (gravitational radiation).

Gelombang ini terbentuk akibat Invariansi Lorentz atau Lorentz covariance dalam relativitas umum yang menjelaskan bahwa segala pergerakan interaksi fisik dibatasi oleh kecepatan cahaya.

Dalam fisika, Simetri Lorentz, nama untuk Hendrik Lorentz, adalah “fitur alam yang mengatakan bahwa hasil eksperimen iyalah independen dari orientasi atau dari dorongan kecepatan dalam laboratorium melalui sebuah ruang”.

Sedangkan Invariansi Lorentz, yang merupakan konsep terkait, adalah kunci ruang-waktu (spacetime) yang mengikuti teori Relativitas Khusus (special theory of relativity).

Lorentz kovarians memiliki dua kovarian berbeda, tetapi keduanya saling terkait erat, yaitu Kuantitas Fisik (a physical quantity) dan Persamaan (an equation) yang terdiri dari satu atau beberapa variabel.

Sebaliknya, gelombang gravitasi tidak dapat terbentuk dalam teori Gravitasi Newton yang menyatakan bahwa interaksi fisik bergerak dengan kecepatan tak terhingga.

Objek angkasa dengan massa dan gravitasi yang sangat besar, seperti bintang, mampu membuat lapisan dimensi ruang dan waktu terpengaruh dan melengkung ibarat kita meletakkan sebuah bola besi di atas kasur busa.

Menurut Einstein, dimensi ruang dan waktu tidak terpisah, melainkan terhubung menjadi satu lapisan dimensi, ruang dan waktu. Dan hanya gravitasi saja yang bisa berpindah melalui dimensi ini.

Objek-objek angkasa dengan massa dan gravitasi yang sangat besar, seperti bintang, mampu membuat lapisan dimensi ruang dan waktu ini terpengaruh dan melengkung. Ibarat kita meletakkan sebuah bola besi di atas kasur busa.

Dalam fisika, ruang waktu adalah permodelan matematika yang mengkombinasikan ruang dan waktu menjadi satu kontinuitas. Ruang-waktu biasanya digambarkan dengan ruang secara tiga dimensi, dan waktu memainkan peran sebagai dimensi keempat yang merupakan bagian yang berbeda dari dimensi spasial.

Penggambaran pelengkungan ruang di sekitar massa (Bumi) yang mampu mengubah kelajuan waktu.

Berdasarkan perspektif ruang Euclidean, alam semesta memiliki tiga dimensi ruang ditambah dengan waktu.

Dengan mengkombinasikan ruang dan waktu menjadi satu manifol, para ahli fisika telah secara signifikan menyederhanakan sejumlah besar teori dalam fisika dan memahami secara lebih seragam mengenai cara kerja alam semesta dalam lingkup ilmu kosmologi dan mekanika kuantum.

Lengkungan dimensi ruang dan waktu ini juga yang membuat objek langit, termasuk cahaya, mengelilingi bintang tadi dalam lintasan melingkar.

Semakin besar benda, semakin besar pula lengkungan dimensi ruang dan waktu yang terjadi, mengingat objek angkasa yang ukurannya raksasa dapat bergerak atau bahkan bertubrukan, maka akan terjadi ibarat “riak air” di dimensi ruang dan waktu.

Ibarat munculnya riak air saat kita menjatuhkan batu ke dalam kolam, maka riak-riak dimensi ruang dan waktu itulah yang dikenal sebagai gelombang gravitasi.

Sebelum gelombang gravitasi ini terdeteksi, sudah ada bukti-bukti secara tak langsung mengenai keberadaannya. Misalnya, pengukuran sistem biner pada pulsar Hulse–Taylor yang juga dinamakan dengan kode pulsar PSR B1913+16 yang menunjukkan bahwa “gelombang gravitasi” bukan hanya sekadar hipotesis.

Sulit mendeteksi Gelombang Gravitasi

Sayangnya, gelombang gravitasi sangat sulit dideteksi dari Bumi. Karena selain lemah, gelombang ini tidak bisa dilihat seperti halnya sinar infra merah, tetapi hanya bisa didengar.

Dua antena LIGO dibangun di Amerika Serikat yang keduanya khusus untuk membuktikan adanya Gelombang Gravitasi.

Oleh karena itu, ilmuwan Bumi membangun dua pusat detektor gelombang gravitasi bernama LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory).

Pada tahun 2016, beberapa pendeteksi gelombang gravitasi sudah mulai beroperasi. Salah satu di antaranya adalah Advanced LIGO (Laser Interferometer Gravitational – Wave Observatory) yang beroperasi sejak bulan September 2015.

Bulan Februari 2016, tim Advanced LIGO mengumumkan bahwa mereka telah mendeteksi gelombang gravitasi dari proses menyatunya lubang hitam.

Ada dua LIGO dibangun di Amerika Serikat yang keduanya khusus untuk membuktikan kebenaran ramalan Einstein itu, kedua stasiun LIGO itu ialah:

• LIGO Hanford Observatory, LIGO di kota Hanford, Washington, Amerika Serikat (satellite view)

Suara gelombang gravitasi dari LIGO Hanford Observatory:

• LIGO Livingston Observatory, LIGO di kota Livingston, Lousiana, Amerika Serikat (satellite view)

Suara gelombang gravitasi dari LIGO Livingston Observatory:

• Suara kombinasi deri kedua LIGO Observatories:

Suara gelombang gravitasi dari kedua LIGO Observatories:

LIGO mempunyai dua struktur yang lurus mirip lengan panjang yang disebut sebagai interferometer, bentuknya menyerupai huruf  ‘L’ yang fungsinya mirip antena untuk menangkap gelombang radio, tapi pada LIGO yang ditangkap adalah gelombang gravitasi.

Lengan panjang atau interferometer pada bagian utara dari LIGO di Hanford USA.

Juga tak seperti antena biasa, pada LIGO struktur panjang yang mirip antena itu bentuknya berupa ruangan panjang yang atapnya setengah lingkaran, mirip terowongan, dan berisi detektor.

Detektor yang berada di dalamnya terdiri dari bahan metal bulat padat mirip tabung yang besarnya seukuran tong dan disambung-sambungkan secara berjajar.

Schematic of the LIGO interferometers, showing the basic layout of the lasers and optics locations. [Image: S. Larson & LIGO Collaboration, via writescience.wordpress]

Panjang struktur antena yang lurus pada LIGO  ini, masing-masing bisa mencapai hingga 4 kilometer.

LIGO dioperasikan oleh ilmuwan dari Institut Teknologi Massachusetts (Massachusetts Institute of Technology / MIT) dan juga dari California Institute of Technology.

Pusat pengamatan ini dibiayai oleh National Science Foundation (NSF) dan mempunyai 1000 anggota dari 15 negara.

Cara kerja LIGO adalah saat gelombang gravitasi tertangkap, maka partikel cahaya yang tersimpan pada kedua lengan LIGO yang panjang akan terpengaruh dan melambat.

Bila LIGO di Washington dan Lousiana sama-sama menangkap sinyal, itu berarti bahwa gelombang gravitasi yang menerpa Bumi adalah asli, dan hal itu kali pertama telah terjadi pada hari Senin 14 September 2015 lalu.

Maka, misteri gravitasi yang selama ini membuat kening berkerut para ilmuwan sejagat selama puluhan tahun oleh ramalan Albert Einstein itu pun, sedikit demi sedikit mulai terkuak!

Sinyal pertama gelombang gravitasi yang berhasil diterima kedua stasiun LIGO.

Asal Gelombang Gravitasi

Gelombang gravitasi yang dapat terdeteksi dari planet Bumi diduga berasal dari sistem bintang biner (bintang ganda) yang terdiri atas bintang Katai Putih (white dwarf) dan Bintang Neutron (neutron star) dan juga Lubang Hitam (blackhole).

Bintang Katai Putih, juga disebut katai degenerasi, adalah bintang kecil yang sudah tidak lagi bersinar, terdiri dari materi terdegenerasi. Katai putih diduga sebagai tahap evolusi terakhir bintang bermassa kecil dan menengah.

Sementara itu, Bintang Neutron adalah jenis bintang padat yang bisa dihasilkan dari keruntuhan gravitasi sebuah bintang berukuran besar setelah terjadi supernova.

Sedangkan Lubang Hitam adalah bagian dari “ruang-waktu” (spacetime) yang merupakan gravitasi paling kuat, bahkan cahaya tidak bisa kabur. Teori Relativitas Umum memprediksi bahwa butuh massa besar untuk menciptakan sebuah Lubang Hitam yang berada di Ruang Waktu.

Objek yang saling memutari kemudian menumbuk menjadi satu. Tumbukan antar objek-objek langit itu kemudian menghasilkan gelombang gravitasi berupa denyutan-denyutan, mirip riak pada permukaan air ketika melempar batu ke genangan air, namun riak yang bergerak dengan dorongan secepat cahaya.

Dan dari tumbukan itu juga, menghasilkan gelombang gravitasi yang sangat dahsyatnya yang kemudian terpancar ke segala penjuru alam semesta hingga jarak milyaran tahun cahaya.

LIGO control panel room.

Menurut data LIGO, gelombang gravitasi yang ditemukan ini sejatinya telah tercipta 1,3 miliar tahun lalu melalui tabrakan dua buah Lubang Hitam raksasa yang terletak miliaran tahun cahaya dari Bumi.

Jadi pastinya, jika semakin jauh sebuah objek dari Bumi, maka semakin tua objek tersebut. Itu artinya bahwa gelombang gravitasi tersebut sampai di Bumi setelah melalui perjalanan yang sangat panjang.

Dua buah Lubang Hitam tersebut mempunyai massa 29 dan 36 kali lebih besar daripada Matahari. Setelah keduanya bergabung, maka jadilah sebuah Lubang Hitam raksasa (Super Masive Blackhole) dengan massa setara 62 massa Matahari.

Sebuah blackhole atau Lubang Htam ditengah galaksi dengan pancaran sinar gamma.

Proses penggabungan dua Lubang Hitam ini menimbulkan akselerasi atau gerakan berupa dorongan gelombang maha dahsyat, yang akhirnya menghasilkan gelombang gravitasi yang mendistorsi dimensi ruang dan waktu hingga jarak bermilyar-milyar bahkan trilyunan tahun cahaya darinya.

Di sekitar pusatnya, gelombang gravitasi yang terbentuk menghasilkan energi 50 kali lebih dahsyat dibandingkan dengan semua bintang di alam semesta jika digabung! Dan kecepatan akselerasi gelombangnya adalah berkecepatan cahaya!

Namun, karena jarak waktu yang sangat jauh, ketika gelombang tersebut sampai di lengan detektor pada sensor di Bumi, yang terdengar hanyalah bunyi yang mirip seperti suara ‘kicauan’.

Begitu besarnya daya dari gelombang gravitasi ini, walau sangat teramat jauh sekali jaraknya, namun gelombang gravitasi itu masih dapat membuat planet-planet di Tata Surya kita, bahkan seluruh galaksi, tetap memiliki gravitasi untuk waktu yang sangat lama, hebat ya! Maha Besar Allah dengan semua yang diciptakanNya.

Sumber : (IndoCropCircles.com / wikipedia, new york times, space.com, the telegraph dan beberapa sumber lainnya)