Terobosan Terbaru dalam Penelitian Lubang Hitam Meningkatkan Pemahaman tentang Alam Semesta

Pada tahun 2015, sejarah dibuat saat LIGO berhasil mendeteksi gelombang gravitasi untuk pertama kalinya, membuka jendela baru untuk mempelajari alam semesta. Penemuan tersebut merupakan hasil dari lebih dari empat dekade kerja keras mengembangkan teknologi sensitif yang mampu mengukur riak kecil di ruang dan waktu akibat peristiwa kosmik besar seperti tabrakan lubang hitam. Sejak penemuan awal itu, LIGO bersama rekan-rekannya yaitu Virgo di Italia dan KAGRA di Jepang terus meningkatkan kemampuan mereka. Peningkatan sensitivitas memungkinkan para ilmuwan memantau area yang jauh lebih luas di cakrawala alam semesta dan mendeteksi lebih banyak peristiwa kosmik dengan frekuensi yang kini telah mencapai rata-rata satu kali setiap tiga hari. Merencanakan masa depan, para fisikawan dan insinyur di Amerika Serikat ingin membangun Cosmic Explorer, sebuah interferometer raksasa dengan lengan sepanjang 40 kilometer. Jika proyek ini berhasil, Cosmic Explorer akan mampu menangkap ratusan ribu hingga jutaan peristiwa penggabungan lubang hitam dan bintang neutron setiap tahun, bahkan yang terjadi hingga lebih dari 10 miliar tahun lalu. Selain pembangunan Cosmic Explorer, LIGO sendiri juga akan mendapat peningkatan teknologi melalui proyek LIGO A#, dengan laser lebih kuat dan cermin yang lebih stabil dan akurat. Namun, tantangan terbesar tetap pada pendanaan, karena kebijakan pemerintah AS dapat mempengaruhi kelangsungan pendanaan yang sangat penting bagi kemajuan penelitian ini. Secara keseluruhan, masa depan deteksi gelombang gravitasi sangat menjanjikan. Dengan teknologi baru, para ilmuwan dapat melakukan observasi jauh lebih dalam dan rinci tentang alam semesta, yang akan memperluas pemahaman kita tentang struktur kosmos dan hukum fisika yang mengaturnya.

Para astronom menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) untuk menemukan sebuah lubang hitam supermasif bernama QSO1 yang terbentuk ketika alam semesta baru berusia sekitar 750 juta tahun. Lubang hitam ini memiliki massa sekitar 50 juta kali massa matahari dan hampir tidak dikelilingi oleh galaksi bintang, sesuatu yang belum pernah ditemukan sebelumnya. QSO1 teridentifikasi sebagai objek yang sangat berbeda dari lubang hitam yang biasanya ditemukan di pusat galaksi. Dengan mempelajari spektrum cahaya dan kecepatan gas yang mengorbit di sekelilingnya, para peneliti yakin QSO1 adalah lubang hitam besar yang berdiri sendiri dan mungkin merepresentasikan kelas baru lubang hitam yang disebut "naked black holes". Penemuan ini menantang teori konvensional yang menyatakan bahwa lubang hitam supermasif terbentuk dari penggabungan lubang hitam kecil yang berasal dari kematian bintang dalam galaksi. Sebaliknya, QSO1 bisa jadi merupakan lubang hitam primordial atau terbentuk dari awan gas tebal yang langsung runtuh menjadi lubang hitam tanpa melalui tahap pembentukan bintang. Para ilmuwan saat ini telah memunculkan beberapa teori terkait asal muasal QSO1, termasuk skenario lubang hitam primordial yang terbentuk dari kepadatan materi tinggi di saat Big Bang, atau lubang hitam yang terbentuk sangat cepat dalam galaksi yang kemudian menghilang. Namun, model lama yang mengandalkan gabungan lubang hitam bintang tidak cocok untuk menjelaskan QSO1. Penemuan QSO1 membuka era baru dalam studi kosmologi dan pembentukan struktur alam semesta. Para peneliti berharap dengan terus mengamati jutaan objek kecil berwarna merah yang ditemukan JWST, mereka bisa lebih memahami bagaimana lubang hitam supermasif dan galaksi besar terbentuk di masa-masa awal alam semesta.

LIGO, observatorium yang mendeteksi gelombang gravitasi, baru-baru ini mengumumkan penemuan sinyal gelombang gravitasi dari penggabungan dua lubang hitam besar. Lubang hitam hasil gabungan tersebut memiliki massa 63 kali massa Matahari dan berputar sangat cepat, yakni 100 kali per detik. Ini merupakan deteksi yang sangat jelas dan memberi wawasan baru tentang lubang hitam. Penggabungan dua lubang hitam ini menghasilkan gelombang gravitasi yang merupakan riak di ruang-waktu. Berbeda dengan pengamatan sebelumnya, kali ini para ilmuwan berhasil merekam dentingan halus yang terjadi sesaat setelah penggabungan, yang dikenal sebagai 'ringing', yang sebelumnya sangat sulit dilihat dengan peralatan lama. Teknologi baru yang dikembangkan oleh tim di Columbia University memungkinkan isolasi dan pengukuran sinyal dentingan ini dengan sangat teliti. Dengan pemahaman tersebut, mereka mengonfirmasi bahwa lubang hitam yang terbentuk sesuai dengan teori relativitas umum Albert Einstein dan teorema fisika lubang hitam dari Stephen Hawking yang berusia puluhan tahun. Salah satu temuan penting adalah bukti bahwa ukuran horizon peristiwa lubang hitam ini hanya bertambah setelah penggabungan, seperti yang diprediksi oleh teorema Hawking. Ini mendukung analogi antara horizon lubang hitam dan entropi dalam termodinamika, menunjukkan hubungan mendalam antara fisika lubang hitam dan konsep fundamental termodinamika. Para ilmuwan berharap ke depan, dengan peningkatan sensitivitas detektor gelombang gravitasi hingga sepuluh kali lipat, akan semakin banyak informasi yang bisa ditemukan. Hal ini akan memperdalam pemahaman kita tentang lubang hitam dan mungkin menjawab beberapa misteri besar tentang struktur ruang dan waktu di alam semesta.