Seberapa cepat alam semesta kita mengembang?
Konstanta Hubble adalah salah satu angka paling kritis dalam kosmologi karena memberitahu kita seberapa cepat alam semesta mengembang. Ada berbagai metode yang ada untuk mengukur tingkat ini. Namun, menentukan akurasi angka ini penting untuk memahami pertanyaan mendasar yang lebih baik seperti usia, sejarah, dan susunan alam semesta.
Studi baru oleh dua University of Chicago ahli astrofisika menawarkan cara untuk membuat perhitungan ini: menggunakan pasangan lubang hitam yang bertabrakan dan dengan demikian memahami evolusi alam semesta, terbuat dari apa, dan ke mana arahnya.
Menurut para ilmuwan, teknik baru yang dijuluki 'sirene spektral' dapat menawarkan informasi tentang tahun-tahun 'remaja' alam semesta yang sulit dipahami.
Terkadang, dua lubang hitam bertabrakan. Acara ini sangat kuat sehingga menciptakan riak ruang-waktu yang melintasi alam semesta. Riak-riak ini juga dikenal sebagai gelombang gravitasi.
Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) dan observatorium Italia Virgo dapat menangkap riak-riak itu di Bumi. Selama beberapa tahun terakhir, LIGO dan Virgo telah mengumpulkan bacaan dari hampir 100 pasang lubang hitam bertabrakan.
Sinyal dari setiap tumbukan berisi informasi tentang seberapa besar lubang hitam itu. Tetapi sinyal telah melintasi ruang angkasa, dan selama waktu itu, alam semesta telah mengembang, yang mengubah sifat-sifat sinyal.
Ahli astrofisika UChicago Daniel Holz, salah satu dari dua penulis di atas kertas, berkata, “Misalnya, jika Anda mengambil lubang hitam dan meletakkannya lebih awal di alam semesta, sinyalnya akan berubah, dan itu akan terlihat seperti lubang hitam yang lebih besar daripada aslinya.”
Menentukan cara untuk memperkirakan bagaimana sinyal itu berubah dapat membantu para ilmuwan menghitung tingkat ekspansi alam semesta. Namun, masalahnya adalah kalibrasi: Bagaimana mereka tahu berapa banyak yang berubah dari aslinya?
Dalam studi baru ini, para ilmuwan menyarankan agar mereka dapat menggunakan pengetahuan baru tentang seluruh populasi lubang hitam sebagai alat kalibrasi. Sebagai contoh, bukti saat ini menunjukkan bahwa sebagian besar lubang hitam yang terdeteksi memiliki massa antara lima dan 40 kali massa matahari kita.
Penulis pertama Jose María Ezquiaga, seorang NASA Einstein Postdoctoral Fellow dan Kavli Institute for Cosmological Physics Fellow yang bekerja dengan Holz di UChicago, mengatakan, “Jadi kami mengukur massa lubang hitam terdekat dan memahami fitur-fiturnya, dan kemudian kami melihat lebih jauh dan melihat seberapa banyak yang tampak telah bergeser. Dan ini memberi Anda ukuran perluasan alam semesta.”
Para ilmuwan bersemangat karena di masa depan, seiring dengan berkembangnya kemampuan LIGO, metode ini dapat memberikan jendela unik ke tahun-tahun “remaja” alam semesta—sekitar 10 miliar tahun yang lalu—yang sulit dipelajari dengan metode lain.
Penulis mencatat, “Keuntungan lain dari metode ini adalah kesenjangan dalam pengetahuan ilmiah kita menciptakan lebih sedikit ketidakpastian. Metode ini dapat mengkalibrasi dirinya sendiri dengan menggunakan seluruh populasi lubang hitam, secara langsung mengidentifikasi dan mengoreksi kesalahan. Metode lain yang digunakan untuk menghitung konstanta Hubble bergantung pada pemahaman kita saat ini tentang fisika bintang dan galaksi, yang melibatkan banyak fisika dan astrofisika yang rumit. Ini berarti pengukuran mungkin akan sedikit terganggu jika ada sesuatu yang belum kita ketahui.”
“Sebaliknya, metode lubang hitam baru ini hampir sepenuhnya bergantung pada Teori gravitasi Einstein, yang dipelajari dengan baik dan telah melawan semua cara yang telah dicoba para ilmuwan untuk mengujinya sejauh ini.”
Kayu tersebut, “Semakin banyak pembacaan yang mereka dapatkan dari semua lubang hitam, semakin akurat kalibrasi ini. Kita membutuhkan ribuan sinyal ini, yang seharusnya kita miliki dalam beberapa tahun, dan bahkan lebih dalam satu atau dua dekade mendatang. Pada saat itu, itu akan menjadi metode yang sangat kuat untuk belajar tentang alam semesta.”
Referensi Jurnal:
- Jose María Ezquiaga dan Daniel E. Holz. Spektral Sirene: Kosmologi dari Distribusi Massa Penuh Biner Kompak. Phys. Pdt. Lett. 129, 061102 – Diterbitkan 3 Agustus 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.061102
