Para fisikawan telah mendeteksi penggabungan lubang hitam terbesar yang pernah bertabrakan. Penemuan ini memiliki implikasi besar bagi pemahaman para peneliti tentang bagaimana benda-benda tersebut tumbuh di Alam Semesta.

“Ini sangat menarik,” kata Priyamvada Natarajan, seorang astrofisikawan teoretis di Universitas Yale di New Haven, Connecticut, yang tidak terlibat dalam penelitian ini. Penggabungan ini terjadi antara lubang hitam dengan massa yang terlalu besar untuk dijelaskan dengan mudah oleh fisikawan. “Kita melihat lubang hitam bermassa tinggi yang terlarang ini,” ujarnya.

Penemuan ini dilakukan oleh Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), sebuah fasilitas yang melibatkan dua detektor di Amerika Serikat. Penemuan ini terjadi di saat pendanaan AS untuk deteksi gelombang gravitasi menghadapi pemotongan dana yang sangat besar. Hasilnya, yang dirilis sebagai pracetak di server arXiv 1 , dipresentasikan pada pertemuan gelombang gravitasi GR-Amaldi di Glasgow, Inggris, pada 14 Juli.

Misa terlarang

LIGO mendeteksi gelombang gravitasi dengan menembakkan laser ke lengan-lengan panjang berbentuk L. Perubahan kecil pada panjang lengan menunjukkan lintasan gelombang gravitasi melalui planet. Gelombang-gelombang ini merupakan riak-riak dalam ruang-waktu, yang disebabkan oleh benda-benda masif yang mengalami percepatan, seperti ketika dua lubang hitam yang saling berputar atau bintang neutron bergabung.

Ratusan penggabungan ini telah diamati menggunakan gelombang gravitasi sejak deteksi pertama LIGO pada tahun 2015. Namun, deteksi terbaru ini, yang dilakukan pada November 2023, merupakan yang terbesar sejauh ini. Dengan memodelkan sinyal yang dideteksi oleh LIGO, para ilmuwan telah menghitung bahwa peristiwa yang dijuluki GW231123 ini disebabkan oleh dua lubang hitam bermassa sekitar 100 dan 140 kali massa Matahari yang bergabung membentuk lubang hitam terakhir dengan massa sekitar 225 massa Matahari.

“Ini [penggabungan] paling masif sejauh ini,” kata Mark Hannam, fisikawan di Universitas Cardiff, Inggris, dan bagian dari Kolaborasi LVK, jaringan detektor gelombang gravitasi yang lebih luas yang mencakup LIGO, Virgo di Italia, dan KAGRA di Jepang. “Ini sekitar 50% lebih banyak daripada pemegang rekor sebelumnya,” ujarnya.

Sebagian besar peristiwa yang terekam oleh LIGO melibatkan lubang hitam bermassa bintang—yang massanya berkisar antara beberapa hingga 100 kali massa Matahari—yang diperkirakan terbentuk ketika bintang-bintang masif mengakhiri hidupnya sebagai supernova. Namun, kedua lubang hitam yang terlibat dalam GW231123 berada dalam atau mendekati rentang yang diprediksi, yaitu 60–130 massa Matahari, di mana proses ini diperkirakan tidak akan terjadi. Teori-teori justru memprediksi bahwa bintang-bintang tersebut akan hancur berkeping-keping. “Jadi, kemungkinan besar mereka tidak terbentuk melalui mekanisme normal ini,” kata Hannam.

Sebaliknya, kedua lubang hitam itu kemungkinan besar terbentuk dari peristiwa penggabungan sebelumnya — penggabungan hierarkis benda-benda masif yang menyebabkan peristiwa yang dideteksi oleh LIGO, yang diperkirakan terjadi pada jarak 0,7 miliar hingga 4,1 miliar parsec (2,3 miliar hingga 13,4 miliar tahun cahaya).

Ini seperti “empat kakek-nenek bergabung menjadi dua orang tua bergabung menjadi satu lubang hitam bayi”, kata Alan Weinstein, seorang fisikawan di Institut Teknologi California di Pasadena dan juga bagian dari Kolaborasi LVK.

Model lubang hitam juga menunjukkan bahwa mereka berputar sangat cepat — sekitar 40 kali per detik, mendekati batas kecepatan yang diprediksi oleh teori relativitas umum Einstein untuk dicapai lubang hitam sambil tetap stabil. “Mereka berputar sangat dekat dengan putaran maksimum yang diizinkan,” kata Weinstein.

Baik putaran maupun massanya dapat memberikan petunjuk tentang bagaimana lubang hitam tumbuh. Salah satu pertanyaan terbesar dalam astronomi adalah bagaimana lubang hitam terbesar, lubang hitam supermasif yang ditemukan di pusat galaksi seperti Bima Sakti, tumbuh di kosmos awal.

Meskipun terdapat banyak bukti keberadaan lubang hitam bermassa bintang dan lubang hitam supermasif—yang massanya lebih dari satu juta massa Matahari— lubang hitam bermassa menengah dalam kisaran 100 hingga 100.000 massa Matahari lebih sulit ditemukan. “Kita tidak melihatnya,” kata Natarajan.