Penggabungan Lubang Hitam Mengungkap Gelombang Gravitasi

Penggabungan dua lubang hitam menghasilkan gelombang gravitasi yang membawa informasi tentang peristiwa ekstrem di alam semesta. Peristiwa ini pertama kali terdeteksi pada 14 September 2015 oleh Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) di Amerika Serikat, sebagaimana dilansir dari Medcom. Penemuan tersebut menjadi bukti penting bagi teori relativitas umum Albert Einstein sekaligus membuka cara baru untuk mempelajari kosmos.

Pengamatan gelombang gravitasi memungkinkan ilmuwan menyelidiki peristiwa yang tidak selalu dapat dipahami melalui pengamatan cahaya saja. Black hole merger terjadi ketika dua lubang hitam yang berada dalam sistem ganda bergerak semakin dekat hingga menyatu menjadi satu objek. Sistem semacam ini dapat terbentuk dari dua bintang bermassa besar yang berasal dari awan gas yang sama.

Interaksi gravitasi membuat kedua objek saling mengorbit. Seiring berkurangnya energi gerak orbit akibat berbagai proses, termasuk pancaran gelombang gravitasi dan pengaruh lingkungan sekitarnya, jarak keduanya dapat terus menyusut.

Proses menuju penggabungan bisa berlangsung sekitar satu miliar tahun. Namun, terdapat persoalan yang belum sepenuhnya terpecahkan, yaitu final parsec problem, ketika dua lubang hitam mencapai jarak tertentu dan kehilangan energi untuk mendekat menjadi lebih sulit. Pada tahap tersebut, interaksi dengan lingkungan sekitar tidak lagi cukup efektif untuk mempersempit orbit, sedangkan gelombang gravitasi belum tentu mampu mempercepat proses secara signifikan. Persoalan ini masih menjadi bahan kajian para ilmuwan.

Perubahan Ruang-Waktu Saat Lubang Hitam Menyatu

Ketika jarak kedua lubang hitam semakin dekat, kecepatan orbitnya meningkat. Simulasi komputer memperlihatkan bahwa batas yang disebut event horizon dapat berubah bentuk, memanjang, lalu bertemu sebelum kedua objek menyatu. Proses tersebut mengganggu ruang-waktu di sekitarnya dan menghasilkan gelombang gravitasi yang merambat ke berbagai arah. Gelombang ini dapat dibayangkan seperti riak air yang menyebar setelah dua benda menggerakkan permukaannya.

Lubang hitam hasil penggabungan juga memiliki massa lebih kecil daripada jumlah massa kedua objek sebelumnya. Sekitar 5 persen dari total massa awal dalam suatu penggabungan dapat berubah menjadi energi yang dipancarkan melalui gelombang gravitasi. Peristiwa penggabungan tertentu juga dikaitkan dengan pancaran sinar gamma. Jenis pancaran yang berdurasi singkat perlu dibedakan dari semburan sinar gamma berdurasi panjang yang berhubungan dengan supernova.

Deteksi Pertama oleh LIGO pada 2015

Keberadaan gelombang gravitasi telah diperkirakan berdasarkan teori relativitas umum sejak awal abad ke-20. Bukti pengamatan langsung baru diperoleh pada 14 September 2015, ketika LIGO merekam perubahan ruang-waktu yang berasal dari penggabungan dua lubang hitam.

Sinyal tersebut menunjukkan bahwa dua objek dengan massa sekitar 29 dan 36 kali massa Matahari telah menyatu. Peristiwa itu berlangsung sekitar 1,3 miliar tahun lalu, sehingga gelombang gravitasi membutuhkan waktu sangat panjang untuk mencapai Bumi. LIGO mendeteksi perubahan ruang-waktu menggunakan dua lengan yang saling tegak lurus, masing-masing sepanjang 4 kilometer.

Cahaya laser dialirkan melalui kedua lengan untuk mengukur perubahan jarak yang sangat kecil. Ketika gelombang gravitasi melintasi detektor, panjang efektif kedua lengan dapat berubah sehingga waktu tempuh cahaya laser ikut mengalami perbedaan. Data tersebut kemudian digunakan untuk merekonstruksi sinyal dan memperkirakan karakteristik sumbernya, termasuk massa serta jarak objek yang bergabung.

Sinyal GW231123 dan Dugaan Pembelokan Gelombang

Pada 23 November 2023, LIGO mendeteksi sinyal bernama GW231123 yang dikaitkan dengan penggabungan lubang hitam bermassa besar. Perkiraan awal menunjukkan objek dengan massa 140 kali massa Matahari bergabung dengan objek bermassa 100 kali massa Matahari.

Besarnya massa tersebut menimbulkan pertanyaan karena sulit dijelaskan melalui model evolusi bintang yang tersedia. Kedua lubang hitam itu juga diperkirakan memiliki kecepatan putaran yang sangat tinggi. Penelitian yang diterbitkan pada 25 Agustus 2026 di Astrophysical Journal Letters mengajukan penjelasan alternatif berupa gravitational lensing atau pelensaan gravitasi. Dalam proses ini, medan gravitasi benda bermassa besar dapat membelokkan gelombang yang melintas di dekatnya.

Gelombang gravitasi dapat mengalami pembelokan dan penguatan, bahkan menghasilkan beberapa sinyal yang teramati. Jika penjelasan tersebut benar, massa sistem GW231123 diperkirakan sekitar 140 kali massa Matahari, bukan 240 kali seperti perkiraan awal. Benda yang diduga membelokkan sinyal itu diperkirakan memiliki massa sekitar 190 hingga 850 kali massa Matahari. Kemungkinan lain adalah struktur yang lebih luas, seperti gugus bola bintang.

Penjelasan tersebut juga dapat mengurangi kebutuhan untuk mengasumsikan putaran lubang hitam yang luar biasa cepat. Meski demikian, identitas benda pembelok masih belum diketahui secara pasti. Para peneliti juga belum dapat memastikan apakah GW231123 merupakan sinyal gelombang gravitasi pertama yang mengalami pelensaan. Peningkatan sensitivitas detektor seperti LIGO diperlukan untuk membantu menguji dugaan tersebut.

Apakah Penggabungan Lubang Hitam Membahayakan Bumi?

Penggabungan lubang hitam yang teramati dari jarak miliaran tahun cahaya tidak menimbulkan ancaman langsung bagi Bumi. Gelombang gravitasi melemah ketika merambat melintasi jarak kosmik yang sangat jauh, sehingga sinyal yang sampai ke detektor hanya menunjukkan perubahan yang amat kecil.

Pancaran sinar gamma yang terkadang dikaitkan dengan penggabungan juga memiliki karakteristik berbeda berdasarkan durasinya. Semburan berdurasi singkat tidak sama dengan semburan berdurasi panjang yang berkaitan dengan supernova.

Dengan demikian, pengamatan gelombang gravitasi dari peristiwa yang jauh memungkinkan ilmuwan mempelajari penggabungan lubang hitam tanpa berarti Bumi berada dalam bahaya akibat peristiwa tersebut.

Gelombang Gravitasi Membuka Cara Baru Mengamati Alam Semesta

Pengamatan kosmos kini tidak terbatas pada cahaya. Berbagai instrumen dapat digunakan untuk mendeteksi partikel kosmik dan gelombang gravitasi, sehingga ilmuwan memperoleh jenis informasi tambahan tentang peristiwa di ruang angkasa.

Periset Pusat Riset Antariksa BRIN, Rhorom Priyatikanto, menjelaskan bahwa perkembangan instrumen berpresisi tinggi berperan penting dalam memperluas kemampuan pengamatan tersebut. Pernyataannya dikutip dari unggahan Instagram @brin_indonesia pada Kamis, 15 Oktober 2026. "Dahulu, astronom hanya mengandalkan cahaya untuk mempelajari semesta.

Namun kini, ada partikel kosmik yang kita bisa deteksi dan ukur dengan beberapa jenis instrumen serta gelombang gravitasi dari proses penggabungan lubang hitam. Instrumen ultra-sensitif dengan presisi tinggi menjadi kunci," kata Periset Pusat Riset Antariksa BRIN, Rhorom Priyatikanto. Pengembangan teknologi deteksi membuka kesempatan untuk mengkaji fenomena kosmik dengan ketelitian yang semakin tinggi.

Data dari gelombang gravitasi membantu ilmuwan memahami sifat lubang hitam, proses penggabungannya, dan kondisi ekstrem yang terjadi jauh di luar Bumi.