Menguak Rahasia Penggabungan Lubang Hitam dan Gelombang Gravitasi

SEBUAH peristiwa kosmik paling dahsyat terjadi saat dua lubang hitam bergabung menjadi satu. 

Kisah ini berawal ketika dua lubang hitam yang saling mengorbit dari jarak jauh dalam lingkaran-lingkaran lambat dan santai. Mereka bisa saja dilahirkan sebagai pasangan bintang ganda, atau mungkin bertemu secara acak di kedalaman ruang antarbintang. Bagaimanapun juga, untuk bisa bergabung, mereka harus saling mendekat, yang berarti harus kehilangan banyak energi orbital.

Langkah pertama untuk "mencuri" energi dari sistem ini adalah melalui interaksi lubang hitam dengan lingkungannya. Semua objek ini berinteraksi melalui gravitasi dengan lubang hitam. Kadang-kadang, mereka jatuh ke dalamnya, tak pernah terlihat lagi. Di lain waktu, mereka hampir mengenai, mendapatkan dorongan kecepatan dan sedikit menguras energi orbital dari lubang hitam.

Baca juga : Misi IXPE NASA: Mengungkap Rahasia Corona Lubang Hitam

Setelah lubang hitam cukup dekat, proses lain mulai berperan. Lubang hitam mengaduk ruang-waktu saat mereka saling mengorbit, dan pengadukan ini melepaskan gelombang gravitasi yang menyebar dari pasangan tersebut seperti riak di kolam. Namun, gelombang gravitasi sangat lemah, dan baru benar-benar menguras energi ketika lubang hitam sudah sangat, sangat dekat satu sama lain.

Hal ini memunculkan teka-teki bagi astrofisikawan yang disebut "masalah parsec terakhir." Simulasi menunjukkan bahwa interaksi gravitasi dengan lingkungan dapat membawa lubang hitam mendekati sekitar satu parsec (sekitar 3,26 tahun cahaya) dari satu sama lain dalam waktu yang wajar. 

Namun, pada jarak tersebut, tidak ada cukup materi untuk terus menarik energi. Di sisi lain, pada jarak yang sama, gelombang gravitasi terlalu lemah dan akan membutuhkan waktu lebih lama dari usia alam semesta untuk menyelesaikan pekerjaan.

Baca juga : Teleskop Euclid Ungkap Peta Kosmik Pertama untuk Selidiki Alam Semesta Gelap

Masalah parsec terakhir ini saat ini masih menjadi misteri yang belum terpecahkan dalam astrofisika. Namun, apa pun mekanismenya, akhirnya lubang hitam cukup dekat sehingga gelombang gravitasi dapat benar-benar menarik banyak energi dari sistem. Pada titik ini, lubang hitam hanya memiliki beberapa detik sebelum mereka bergabung.

Pada jarak yang sangat dekat, lubang hitam mulai saling mendistorsi. Mereka sebenarnya tidak memiliki permukaan; cakrawala peristiwa adalah batas-batas tak terlihat yang menandai wilayah tanpa pelarian. Namun, bentuk cakrawala peristiwa tidak hanya bergantung pada lubang hitam itu sendiri, tetapi juga pada geometri ruang-waktu di sekitarnya. Jadi, ketika lubang hitam memulai tarian maut mereka, cakrawala peristiwa memanjang dan meregang menuju satu sama lain.

Kita memahami apa yang terjadi selanjutnya hanya melalui simulasi komputer kompleks yang memantau dan melacak evolusi cakrawala peristiwa. Dalam milidetik sebelum tabrakan, setiap lubang hitam mengirimkan sebuah tendril tipis ke arah pasangannya. Tendril-tendril ini bertemu dan bergabung, membentuk jembatan antara dua lubang hitam, seolah-olah mereka terhubung oleh tali pusat.

Baca juga : Misteri Usia Alam Semesta: Apakah Lebih Muda dari yang Kita Duga?

Dengan cepat, jembatan itu melebar dan cakrawala peristiwa menyatu, seperti dua gelembung sabun yang bertabrakan. Dalam sekejap, kedua lubang hitam bergabung menjadi satu.

Apa yang terjadi di dalamnya adalah tebak-tebakan. Pusat lubang hitam dikenal sebagai singularitas, titik dengan kepadatan tak terbatas. Di sinilah pemahaman fisika kita saat ini mengalami kebuntuan. Simulasi menunjukkan singularitas dengan cepat menemukan satu sama lain, berputar sebentar, lalu bergabung. Sayangnya proses sebenarnya terjadi masih belum jelas.

Anehnya, lubang hitam yang baru bergabung memiliki massa yang lebih kecil daripada gabungan massa kedua lubang hitam asli. Misalnya, tahun 2016, Kolaborasi Ilmiah LIGO mendeteksi peristiwa gelombang gravitasi pertama dari penggabungan lubang hitam, menemukan sebuah lubang hitam dengan massa 36 kali massa matahari bergabung dengan lubang hitam lain bermassa 30 kali massa matahari untuk menciptakan lubang hitam baru yang hanya memiliki massa 63 kali massa matahari.

Apa yang terjadi dengan tiga massa matahari yang hilang? Massa tersebut diubah menjadi energi dalam bentuk gelombang gravitasi. Seseorang harus membayar semua kehilangan energi, dan itu datang dari konversi massa lubang hitam itu sendiri. Dalam setiap penggabungan lubang hitam, sekitar 5% massa diubah menjadi gelombang gravitasi.

Sebagai perbandingan, itu seperti mengubah tiga matahari menjadi energi murni. Ketika lubang hitam bertabrakan, mereka melepaskan lebih banyak energi daripada seluruh bintang di alam semesta. (Space/Z-3)