Gelombang gravitasi “monster” diamati untuk pertama kalinya

 (nature.com)
2 poin oleh GN⁺ 2023-06-30 | 1 komentar | Bagikan ke WhatsApp
  • Sebuah entri Nature melaporkan bahwa gelombang gravitasi “monster” yang jauh lebih besar daripada sebelumnya berhasil terdeteksi untuk pertama kalinya, sehingga pengamatan gelombang gravitasi kembali menjadi sorotan
  • Teks singkat yang dipublikasikan menyatakannya sebagai “Gravitational waves are back, and they’re bigger than ever”, dengan menekankan perubahan skala sebagai poin utama
  • Entri tersebut dimuat di Nature 619, halaman 13-14, dan DOI-nya adalah 10.1038/d41586-023-02167-7
  • Daftar pustakanya mencakup penelitian terkait gelombang gravitasi oleh Agazie, Antoniadis, Reardon, Xu, dan lainnya yang dipublikasikan pada 2023
  • Berdasarkan teks yang tersedia saja, sulit untuk memastikan hingga ke metode pengamatan, peralatan yang digunakan, data analisis, dan interpretasi ilmiahnya

Isi yang dapat dikonfirmasi dari judul dan kalimat yang dipublikasikan

  • Judulnya adalah “Monster gravitational waves spotted for first time”, yang menempatkan pengamatan pertama gelombang gravitasi monster sebagai fokus utama
  • Isi pokok yang benar-benar dipublikasikan hanya satu kalimat, “Gravitational waves are back, and they’re bigger than ever”, yang menekankan bahwa gelombang gravitasi kembali menjadi perhatian dan skalanya lebih besar daripada sebelumnya

Informasi bibliografis dan batas yang dapat dikonfirmasi

  • Entri ini dimuat di Nature 619, halaman 13-14, dan DOI-nya adalah 10.1038/d41586-023-02167-7
  • Daftar pustakanya mencakup studi tahun 2023 berikut
    • Agazie dkk., Astrophys. J. 951, L8
    • Antoniadis dkk., preprint arXiv 2306.16214
    • Reardon dkk., Astrophys. J. 951, L6
    • Xu dkk., Res. Astron. Astrophys. 23, 075024
  • Teks yang diberikan tidak memuat informasi spesifik mengenai metode pengamatan, perangkat deteksi, karakteristik sinyal, maupun interpretasi ilmiah

Bacaan terkait

1 komentar

 
GN⁺ 2023-06-30
Komentar Hacker News

  • Fisika dan rekayasa modern terasa agak tidak masuk akal, dalam arti yang baik. Saya dulu juga mengira LIGO tidak mungkin benar-benar bekerja, dan bahkan saat deteksinya diumumkan pun saya sempat bertanya-tanya apakah ini semacam mengejar ekor sendiri, tetapi sekarang buktinya sudah nyaris tak terbantahkan bahwa datanya nyata, dengan deteksi dari beberapa fasilitas serta korelasi dengan pengamatan cahaya dari penggabungan bintang neutron
    Lalu saya mendengar tentang LISA; konsep dasarnya mirip, tetapi ini dibangun di luar angkasa, dan wahana-wahananya mempertahankan formasi sambil saling menembakkan laser dari jarak 2,5 juta km, jadi terdengar seperti rencana gila. Namun Pathfinder tampaknya berhasil sebagai pembuktian konsep, dan sekarang proyek nyatanya sedang dibangun; bahkan dengan target 2037 pun tetap mengejutkan
    Saat saya melihat proyek ini di video Spacetime beberapa tahun lalu, saya pikir gangguannya akan terlalu besar sehingga tidak mungkin berhasil, tetapi sekarang suasananya seperti mereka mungkin benar-benar berhasil. Sekarang kalau para fisikawan bilang sesuatu itu mungkin, saya jadi mau mendengarkan meski terlihat mustahil

    • Penemuan ini sebenarnya bukan dilakukan dengan LIGO atau perangkat rekayasa fisika impresif lainnya, melainkan dengan mengamati bintang neutron dan menemukan pola dalam gangguan yang tidak terduga
      Rotasi bintang neutron cukup stabil sampai-sampai dipakai untuk kalibrasi jam atom[0], tetapi beberapa di antaranya menunjukkan glitch yang tidak sesuai perkiraan, dan glitch-glitch itu saling konsisten. Ternyata itu bukan glitch, melainkan gelombang gravitasi raksasa yang mendistorsi ruang-waktu
      [0] https://gizmodo.com/scientists-use-spinning-neutron-stars-to...
    • Perangkat seperti ini butuh waktu lama untuk dibuat. Profesor fisika saya, David Blair, sekitar tahun 1980 sudah membuat sketsa rancangan LIGO dan detektor lainnya, serta merinci teknologi apa saja yang perlu diciptakan lebih dulu untuk bisa sampai ke sana
      Pendanaan besar dan pembangunan skala besar saat ini memang kebanyakan terpusat di AS, tetapi pusat kekaisaran selalu bergeser dalam rentang waktu panjang, dan ide datang dari seluruh dunia
      https://www.uwa.edu.au/Profile/David-Blair
    • Jika LISA terasa gila, Anda harus menonton video Spacetime ini: https://www.youtube.com/watch?v=4d0EGIt1SPc
      Yang ini bahkan lebih mind-blowing
    • Jika Anda penasaran dengan tantangan material, pengukuran, dan rekayasa wahana antariksa untuk menguji teori gravitasi, lihat Gravity Probe B[1]. Ini adalah upaya yang memakan waktu lebih dari 40 tahun, dan singkatnya berhasil mengonfirmasi efek geodetik dan efek frame-dragging dalam relativitas umum
      [1] https://einstein.stanford.edu/TECH/technology1.html

  • Saya penasaran seperti apa bentuknya saat gelombang seperti ini melewati kita. Apakah seperti bunyi, dengan partikel-partikel mengalami kompresi dan ekspansi, lalu molekul-molekul untuk sementara tersusun ulang ke arah “bawah” yang sedikit bergeser dari pusat massa Bumi?
    Saya juga penasaran apakah gelombang seperti ini bisa dianggap sebagai gelombang sinus yang sangat landai. Sebaliknya, apakah sesuatu seperti gelombang gravitasi kotak dengan amplitudo besar juga mungkin? Apa yang akan terjadi pada benda yang dilaluinya?

    • Pada dasarnya benar. Gelombang gravitasi punya arah rambat, misalnya sumbu z, dan jika partikel-partikel membentuk cincin pada bidang x-y yang tegak lurus terhadapnya, maka pada suatu saat cincin itu akan tertekan di arah x dan meregang di arah y
      Saat gelombang lewat dan bergerak dari puncak ke lembah, arahnya berbalik sehingga arah x meregang dan arah y tertekan. Peregangan dan penekanan di sini berarti percepatan positif dan negatif sesaat yang ditambahkan di atas percepatan medan gravitasi latar belakang Bumi yang jauh lebih besar
      Visualisasinya ada di sini: https://www.researchgate.net/publication/313828462/figure/fi...
      Seperti anak yang menggerakkan kaki sesuai frekuensi resonansi ayunan untuk memperbesar amplitudo gelombang sinus, gelombang gravitasi yang sangat lemah pun bisa memperbesar osilator cincin jika cocok dengan frekuensi resonansinya
      Gelombang gravitasi kotak yang benar-benar presisi tidak mungkin, sama seperti pada gelombang elektromagnetik. Itu karena dibutuhkan energi tak hingga di sudut-sudutnya. Secara prinsip bisa didekati, tetapi ruang-waktu sangatlah kaku, dan sumber nyata yang diketahui tampaknya menghasilkan gelombang yang sangat mulus. Bahkan peristiwa paling ganas pun berupa penggabungan lubang hitam yang sudah ada, dan hampir semuanya berasal dari pendekatan spiral yang mulus, bukan tabrakan tajam
      Sinyal “chirp” yang terlihat pada detektor LIGO bentuknya seperti ini: https://www.youtube.com/watch?v=TWqhUANNFXw
      Efek gelombang kotak, seperti yang diduga, akan lebih berupa satu hentakan tajam seperti pada gelombang elektromagnetik, alih-alih memperbesar osilator secara mulus
    • Saya sarankan mencari eksperimen seperti LIGO. Mereka menggunakan interferometer laser untuk mengukur jarak antara dua titik dengan ketelitian yang sangat tinggi. Menurut penjelasan di situs web LIGO, gelombang gravitasi meregangkan ruang itu sendiri ke satu arah sambil sekaligus memampatkannya pada arah tegak lurus
      Di LIGO, akibatnya satu lengan interferometer memanjang dan lengan lainnya memendek, lalu selama gelombang lewat hal itu berulang dengan arah sebaliknya. Istilah teknis untuk gerakan ini adalah gerakan “Differential Arm”, yaitu perpindahan diferensial saat kedua lengan mengubah panjang secara bersamaan ke arah berlawanan
      Saat panjang lengan berubah, jarak tempuh masing-masing berkas laser juga berubah. Berkas pada lengan yang lebih pendek kembali ke beam splitter lebih dulu daripada berkas pada lengan yang lebih panjang, dan selama gelombang lewat setiap lengan akan bergantian menjadi yang lebih pendek dan yang lebih panjang. Saat digabungkan kembali di beam splitter, gelombang cahaya itu tidak lagi selaras rapi dan fasenya menjadi tidak cocok, berganti-ganti antara selaras dan tidak selaras selama gelombang lewat
      https://www.ligo.caltech.edu/page/what-is-interferometer
      https://en.wikipedia.org/wiki/LIGO
    • Ini bukan soal melihat “bawah” yang sedikit berbeda, melainkan lebih dekat pada ruang itu sendiri yang berubah sehingga jarak, misalnya antara kepala dan kaki, berubah sangat kecil
    • Ungkapan “terlihat” di sini kurang tepat. Pada dasarnya yang meregang dan beriak adalah seluruh ruang-waktu, jadi bukan sesuatu yang benar-benar terlihat oleh mata
    • Gelombang gravitasi yang kita deteksi adalah gelombang transversal. Gelombang gravitasi longitudinal pernah diusulkan, lalu ditinggalkan, lalu diusulkan lagi, tetapi saya tidak begitu tahu status teoretisnya saat ini

  • Jika ingin gambaran yang lebih mudah, lihat liputan ini:
    In a major discovery, scientists say space-time churns like a choppy sea
    https://www.washingtonpost.com/science/2023/06/28/gravitatio...
    Arsip: https://archive.is/AmRvg

    • Artikel WaPo itu juga dibahas di HN kemarin[0]. Hanya saja, sebagian besar komentarnya membahas betapa buruk kualitas liputannya
      [0] https://news.ycombinator.com/item?id=36514521
    • Saya membayangkan bagaimana jika kita bisa “melompati” bagian besar ruang dengan memanfaatkan perbedaan potensial ruang-waktu di antara wilayah-wilayah gravitasi. Ini akan membutuhkan peta gravitasi yang sangat presisi, tetapi juga bisa memberi dorongan potensial gravitasi yang luar biasa besar

  • Tolong jelaskan seperti kepada anak usia lima tahun. Saya belajar bahwa semua benda jatuh dengan kecepatan yang sama karena konstanta gravitasi.
    Kalau gelombang seperti ini ada, apakah artinya benda-benda jatuh dengan kecepatan yang sedikit berbeda satu sama lain? Semacam ada tarikan ke arah berlawanan sesuai besar gelombangnya, sehingga konstantanya sedikit bergeser?
    Dan ini agak keluar dari topik tapi masih terkait, jika semua benda memiliki gravitasi sesuai massanya, maka benda besar selain ditarik Bumi juga akan sedikit menarik Bumi ke arahnya sendiri, jadi apakah ia akan jatuh sangat sedikit lebih cepat daripada benda kecil?

    • Gelombang gravitasi melengkungkan ruang-waktu. Jadi jarak antara dua titik menjadi sedikit lebih panjang atau lebih pendek.
    • Tidak, gelombang gravitasi tidak memengaruhi prinsip ekuivalensi dan juga tidak mengubah konstanta gravitasi. Gelombang gravitasi adalah perubahan geometri ruang-waktu yang merambat, dan benda-benda yang jatuh bebas menunjukkan perubahan geometri ruang-waktu itu melalui perubahan gerak relatifnya.
    • Kedua pertanyaan itu bergantung pada bagaimana Anda mendefinisikan kecepatan. Biasanya dipahami sebagai turunan pertama dari posisi, atau jarak dibagi selang waktu, tetapi itu memerlukan definisi dan cara pengukuran jarak serta selang waktu, juga kerangka acuan apa yang digunakan.
      Selain itu, pernyataan bahwa benda-benda jatuh dengan kecepatan yang sama di ruang hampa adalah salah paham yang umum. Biasanya orang memakai logika bahwa massa satu benda saling menghapus di kedua sisi persamaan, atau bahwa jika benda dibelah dua pun masing-masing setengahnya tidak akan jatuh lebih lambat.
      Jadi jawabannya: jika semua benda berukuran sama dan memiliki jarak serta massa yang sama terhadap benda acuan (biasanya Bumi), dan semuanya mulai dari keadaan diam tanpa kecepatan relatif, maka benda berat dan benda ringan akan mengalami percepatan yang sama. Tetapi benda berat akan bertabrakan lebih dulu. Apakah itu bisa disebut “jatuh lebih cepat”?

  • Seperti yang dijelaskan dengan baik oleh komentar di bawah, dalam model saat ini tampaknya jawaban untuk pertanyaan ini adalah “tidak”: https://www.youtube.com/watch?v=QMFLcmsjOBg
    Ini memang di luar bidang saya, tetapi bukankah ada teori bahwa alih-alih mendorong pesawat ruang angkasa menembus ruang, kita bisa membengkokkan ruang-waktu di sekitarnya untuk mencapai perjalanan lebih cepat dari cahaya?
    Saya ingin menegaskan bahwa ini murni spekulasi, tetapi mungkinkah gelombang gravitasi seperti ini adalah “riak” yang tertinggal dari perjalanan lebih cepat dari cahaya, seperti kapal yang meninggalkan gelombang di belakangnya saat melintas di atas air?

    • PBS Spacetime baru saja merilis episode tentang topik ini: https://www.youtube.com/watch?v=QMFLcmsjOBg
      Dalam videonya dijelaskan bahwa model superluminal dengan cara membengkokkan ruang-waktu tidak menghasilkan riak seperti ini. Namun, jika ada pesawat ruang angkasa yang benar-benar sangat besar dan berakselerasi sangat cepat, riaknya mungkin bisa dideteksi.
    • Penemuan awal menangkap gelombang yang berasal dari tabrakan dan penggabungan dua lubang hitam bermassa bintang, sedangkan sumber paling mungkin untuk penemuan kali ini tampaknya adalah sinyal gabungan dari pasangan lubang hitam yang jauh lebih besar yang perlahan saling mengorbit di pusat galaksi-galaksi jauh, yaitu lubang hitam dengan massa jutaan hingga miliaran kali massa Matahari.
      Gelombang-gelombang ini ribuan kali lebih kuat dan lebih panjang daripada yang ditemukan pada 2015, dan panjang gelombangnya bisa mencapai puluhan tahun cahaya. Sebaliknya, panjang riak yang dideteksi interferometer sejak 2015 hanya sekitar puluhan hingga ratusan km.
      Sepertinya kita sudah cukup tahu dari mana asalnya. Kalau memakai analogi kapal, ini lebih seperti bisa mengamati ombak laut alami yang sangat besar, tetapi tidak menyadari jejak kapal yang melintas di laut.
    • Teori seperti itu memang ada. Tetapi agar bisa bekerja, dibutuhkan daftar panjang hal-hal yang mustahil.
      Dalam relativitas umum memang ada solusi yang valid di mana suatu benda berada di dalam semacam kantong ruang-waktu, dan ruang-waktu di sekitarnya melengkung, sehingga secara efektif bukan bendanya yang bergerak melainkan ruangnya yang bergerak.
      Tetapi untuk menciptakan susunan ruang-waktu seperti itu, dibutuhkan syarat-syarat yang mustahil, atau hal-hal yang belum diketahui keberadaannya, atau energi sebesar seluruh energi di alam semesta.
      Selain itu, juga tidak ada solusi valid yang diketahui untuk berpindah dari ruang normal ke susunan ruang-waktu khusus tersebut. Jadi jika itu ada, ia harus selalu sudah ada sejak awal.
      Kesimpulannya, saya cukup yakin itu sebenarnya tidak mungkin, tetapi jika memang mungkin, kita tahu harus melihat ke mana dan masalah apa yang perlu dipecahkan. Kadang ada makalah yang berhasil menghapus sebagian item dari daftar kemustahilan itu.
      Ini lebih ke jenis “kemungkinannya kecil, tapi siapa tahu suatu hari nanti”.
    • Energi yang terkait itu sulit dibayangkan besarnya. Ini seperti terkena tsunami lalu bertanya-tanya apakah penyebabnya kapal pesiar. Hanya saja dalam skala galaksi.
    • Futurama juga pernah punya episode seperti itu. “Sekarang saya paham cara kerja mesinnya. Saya memikirkannya dalam mimpi. Mesinnya sama sekali tidak menggerakkan kapal. Kapalnya tetap di tempat, dan mesinnya yang menggerakkan alam semesta di sekitarnya.” ―Cubert Farnsworth
      https://futurama.fandom.com/wiki/Dark_Matter_Engine
      https://www.youtube.com/watch?v=1RtMMupdOC4

  • Saya paham inti penelitian ini. Pulsar memancarkan gelombang radio pada frekuensi tetap, jadi dengan memantau gelombang radio yang diterima dari pulsar-pulsar di permukaan bola di sekitar kita, kita bisa mengukur anomali frekuensi yang saling berkorelasi dan menyimpulkan bahwa penyebabnya adalah gelombang gravitasi raksasa yang secara efektif mengubah bentuk medium transmisi.
    Tetapi ini bukan mengukur gelombang gravitasi itu sendiri, melainkan mengukur perubahan lintasan sinyal radio yang “menunggangi” gelombang itu. Kalau memakai analogi laut, bayangkan di sekitar kita ada menara-menara yang menembakkan anak panah ke segala arah pada interval tetap, lalu kita mengukur waktu tibanya anak panah itu untuk menyimpulkan besar gelombang di lintasannya. Kita tidak melihat gelombangnya sendiri, hanya anak panahnya.
    Jadi yang saya penasaran adalah bagaimana membedakan satu gelombang yang sangat besar dari banyak gelombang kecil yang jika digabungkan memberi efek yang sama. Artinya kita tahu ada bentuk gelombang tertentu yang mengubah vektor kecepatan sinyal radio, tetapi jika ada beberapa susunan gelombang yang bisa menghasilkan perubahan sinyal yang sama, bagaimana cara memilih susunan yang benar?

    • Hanya dengan timing satu pulsar saja, sulit untuk cukup andal dalam mendeteksi gelombang gravitasi. Karena itu setiap tim kolaborasi memantau puluhan array pulsar.
      Hasilnya, mereka mencari ciri khas yang disebut kurva Hellings–Downs, yang memprediksi bagaimana korelasi pasangan pulsar berubah menurut jarak sudut di langit ketika gelombang gravitasi datang dari semua arah yang mungkin.
      Saya tidak tahu apakah ini benar-benar menjawab pertanyaannya, tetapi saya memahaminya seperti mensimulasikan hasil dari semua efek yang mungkin lalu melihat mana yang berkorelasi dengan data. Jadi jika ada beberapa penyebab yang menghasilkan efek yang sama, sepertinya memang akan sulit dibedakan.

  • Artikel Quanta Magazine ini juga layak dijadikan referensi: https://www.quantamagazine.org/an-enormous-gravity-hum-moves...

  • Penjelasan yang sangat bagus untuk kalangan nonspesialis:
    https://www.reddit.com/r/space/comments/14lpjnx/scientists_h...

  • Konon gelombang gravitasi “monster” seperti ini “ditangkap” dengan menghitung perbedaan dalam timing pulsar. Artikelnya tidak punya informasi sebanyak yang saya harapkan, tetapi apakah ada di antara gelombang ini yang juga pernah terdeteksi atau dikonfirmasi oleh LIGO?

    • Panjang gelombangnya terlalu besar untuk LIGO. Pengukuran gelombang ini dilakukan dengan mencocokkan korelasi dengan data yang dikumpulkan dari banyak pulsar
      https://arstechnica.com/science/2023/06/nanograv-picks-up-si...
    • Dari yang saya pahami, LIGO terlalu kecil untuk mendeteksi gelombang seperti itu, jadi digunakan timing pulsar
    • Seperti yang dikatakan orang lain, LIGO terlalu kecil dibandingkan panjang gelombang gravitasi itu. Selain itu, bahkan jika LIGO jauh lebih panjang sekali pun, pada frekuensi serendah itu detektor darat akan menghadapi noise teknis yang sangat besar seperti noise seismik, noise sistem kontrol, dan noise gradien gravitasi

  • Mungkin ini pertanyaan bodoh, tetapi secara teoretis apakah mungkin berselancar di atas gelombang gravitasi? Jelas tidak di Bumi, tetapi saya jadi berpikir mungkin itu bisa dilakukan di dekat sesuatu seperti pasangan black hole biner. Jika memakai model mental lembaran karet yang menggambarkan gravitasi membengkokkan ruang-waktu, rasanya seperti surfing itu mungkin saja