Suara Lubang Hitam yang Ditendang ke Luar Angkasa Terdengar

Dari peristiwa gelombang gravitasi 2019 GW190412, astronom telah menentukan bahwa ketidakseimbangan tabrakan tersebut melontarkan lubang hitam dengan kecepatan melebihi 50 kilometer (31 mil) per detik.

Menurutnya ini menjadi salah satu fenomena langka dalam astrofisika di mana kita tidak hanya mendeteksi sesuatu–merekonstruksi gerakan 3D penuh dari objek yang berjarak miliaran tahun cahaya, hanya dengan menggunakan gelombang di ruang-waktu.

Sudah 10 tahun sejak deteksi pertama gelombang gravitasi dan saat itu, detektor LIGO, Virgo, dan KAGRA telah mendeteksi ratusan tabrakan lubang hitam yang menggema di seluruh alam semesta.

Gelombang gravitasi mirip dengan riak di kolam, jika kolam tersebut adalah ruangwaktu. Saat dua lubang hitam berputar mendekati satu sama lain, medan gravitasi yang berinteraksi mengganggu ruangwaktu, mengirimkan riak dengan kecepatan cahaya.

Tarian ini mencapai puncaknya dalam satu gelombang gravitasi besar saat lubang hitam bertabrakan dan bersatu, membentuk objek tunggal. Para ilmuwan dapat mendekode riak-riak ini untuk menyelidiki sifat-sifat lubang hitam, termasuk massa dan rotasi masing-masing lubang hitam yang bertabrakan, serta massa produk akhir yang bersatu.

Astrofisikawan mengatakan bahwa gabungan lubang hitam dapat dipahami sebagai superposisi sinyal-sinyal yang berbeda, sama seperti musik orkestra yang konsisten dengan kombinasi musik yang dimainkan oleh banyak instrumen yang berbeda.

Namun orkestra ini memiliki keunikan di mana penonton yang berada di posisi berbeda di sekitarnya akan merekam kombinasi instrumen yang berbeda, memungkinkan memahami di mana tepatnya mereka berada di sekitarnya.

Salah satu hasil paling dramatis dari peristiwa kosmik yang dahsyat, seperti supernova kolaps inti atau penggabungan lubang hitam adalah fenomena yang dikenal sebagai tendangan kelahiran. 

Jika peristiwa tersebut tidak seimbang–supernova lebih kuat di satu sisi atau massa kedua lubang hitam sangat tidak seimbang–energi yang ditransfer akan tidak merata, memberikan dorongan raksasa ke satu arah pada lubang hitam yang baru terbentuk.

Pada tahun 2018, Calderon-Bustillo dan rekan-rekannya merancang metode untuk mengukur tendangan kelahiran lubang hitam dari data penggabungan gelombang gravitasi, berdasarkan rotasi dan massa lubang hitam yang terlibat. Metode ini memerlukan serangkaian kondisi spesifik yang belum terpenuhi pada saat itu, tetapi tidak lama kemudian, peristiwa yang tepat terjadi.

Pada April 2019, tabrakan lubang hitam antara dua lubang hitam dalam sistem biner yang sangat tidak seimbang akhirnya terdeteksi oleh kolaborasi LIGO-Virgo. Salah satu lubang hitam memiliki massa 29,7 kali massa Matahari, sementara yang lain lebih dari tiga kali lebih kecil–hanya 8,4 massa Matahari. Selain itu, massa yang lebih ringan dari penggabungan tersebut menghasilkan sinyal yang jauh lebih panjang dibandingkan penggabungan lubang hitam yang lebih masif, menyediakan sejumlah besar data.

Menggunakan teknik analisis, para peneliti menentukan sudut dan kecepatan di mana lubang hitam yang bersatu dilontarkan dari tabrakan tersebut–cukup cepat untuk dilontarkan dari gugus bola, yaitu gugus bintang yang sangat padat di dalam galaksi.

Tentu saja, kita tidak tahu apakah lubang hitam tersebut berada di dalam gugus bola karena penggabungan tersebut terjadi 2,4 miliar tahun cahaya jauhnya, dan instrumen tidak cukup beresolusi tinggi untuk melihat gugus bola sejauh itu. Namun jika memang demikian, kemungkinan besar lubang hitam tersebut sedang dalam perjalanan keluar.

Teknik ini, kata para peneliti, dapat menjadi alat baru yang kuat untuk menyelidiki penggabungan lubang hitam. Penggabungan lubang hitam di lingkungan padat dapat menghasilkan sinyal elektromagnetik yang terdeteksi–flare–saat lubang hitam sisa melintasi lingkungan padat seperti inti galaksi aktif.

Karena visibilitas flare bergantung pada orientasi recoil relatif terhadap Bumi, pengukuran recoil akan memungkinkan untuk membedakan antara pasangan sinyal gelombang gravitasi-elektromagnetik yang sebenarnya berasal dari lubang hitam biner dan sekadar kebetulan acak.