Gelombang graviti dikesan secara langsung buat kali pertama pada tahun 2015 selepas satu abad ramalannya oleh Teori Relativiti Umum Einstein pada tahun 1916. Tetapi, frekuensi yang berterusan dan rendah Graviti-latar belakang gelombang (GWB) yang difikirkan hadir sepanjang alam semesta tidak dapat dikesan secara langsung setakat ini. Para penyelidik di Balai Cerap Nanohertz Amerika Utara untuk Gelombang graviti (NANOGrav) baru-baru ini telah melaporkan pengesanan isyarat frekuensi rendah yang boleh menjadi 'Gravitational-Wave Background (GWB)'.
Teori umum relativiti yang dikemukakan oleh Einstein pada tahun 1916 meramalkan bahawa peristiwa kosmik utama seperti supernova atau penggabungan lubang hitam harus menghasilkan gelombang graviti yang merambat melalui Universe. Bumi harus dibanjiri gelombang graviti dari semua arah sepanjang masa tetapi ini tidak dapat dikesan kerana ia menjadi sangat lemah apabila sampai ke bumi. Ia mengambil masa kira-kira satu abad untuk membuat pengesanan terus riak graviti apabila pada 2015 pasukan LIGO-Virgo berjaya mengesan gelombang graviti dihasilkan kerana penggabungan dua lubang hitam terletak pada jarak 1.3 bilion tahun cahaya dari Bumi (1). Ini juga bermakna riak yang dikesan adalah pembawa maklumat tentang peristiwa kosmik yang berlaku kira-kira 1.3 bilion tahun yang lalu.
Sejak pengesanan pertama pada 2015, sejumlah besar riak graviti telah direkodkan sehingga kini. Kebanyakannya disebabkan penggabungan dua lubang hitam, hanya sedikit disebabkan oleh perlanggaran dua bintang neutron (2). Semua dikesan gelombang graviti setakat ini adalah episodik, disebabkan oleh pasangan binari lubang hitam atau bintang neutron berpilin dan bercantum atau berlanggar antara satu sama lain (3) dan mempunyai frekuensi tinggi, panjang gelombang pendek (dalam julat milisaat).
Walau bagaimanapun, kerana terdapat kemungkinan sejumlah besar sumber gelombang graviti dalam alam semesta justeru ramai gelombang graviti bersama-sama dari seluruh alam semesta mungkin berterusan melalui bumi sepanjang masa membentuk latar belakang atau bunyi. Ini harus berterusan, rawak dan gelombang kecil frekuensi rendah. Dianggarkan bahawa sebahagian daripadanya mungkin berasal dari Big Bang. Dipanggil Graviti-wave Background (GWB), ini belum dikesan setakat ini (3).
Tetapi kita mungkin berada di ambang kejayaan - para penyelidik di Balai Cerap Nanohertz Amerika Utara untuk Gelombang graviti (NANOGrav) telah melaporkan pengesanan isyarat frekuensi rendah yang boleh menjadi 'Latar Belakang Gelombang Gravitasional (GWB) (4,5,6).
Tidak seperti pasukan LIGO-virgo yang mengesan gelombang graviti daripada pasangan individu lubang hitam, pasukan NANOGrav telah mencari bunyi yang berterusan, seperti, 'bergabung' gelombang graviti dicipta dalam tempoh yang sangat lama oleh tidak terkira banyaknya lubang hitam dalam alam semesta. Tumpuan adalah pada 'panjang gelombang yang sangat panjang' gelombang graviti di hujung lain 'spektrum gelombang graviti'.
Tidak seperti cahaya dan sinaran elektromagnet lain, gelombang graviti tidak boleh diperhatikan secara langsung dengan teleskop.
Pasukan NANOGrav memilih milisaat pulsar (MSP) yang berputar dengan sangat pantas dengan kestabilan jangka panjang. Terdapat corak cahaya yang stabil yang datang dari pulser ini yang sepatutnya diubah oleh gelombang graviti. Ideanya adalah untuk memerhati dan memantau ensemble pulsar milisaat ultra-stabil (MSP) untuk perubahan berkorelasi dalam masa ketibaan isyarat di Bumi sekali gus mewujudkan "Galaxy-bersaiz" pengesan gelombang graviti dalam kita sendiri galaksi. Pasukan itu mencipta susunan pemasaan pulsar dengan mengkaji 47 pulsar tersebut. Balai Cerap Arecibo dan Teleskop Green Bank ialah radio teleskop yang digunakan untuk pengukuran.
Set data yang diperoleh setakat ini termasuk 47 MSP dan lebih 12.5 tahun pemerhatian. Berdasarkan ini, adalah tidak mungkin untuk membuktikan secara konklusif pengesanan langsung GWB walaupun isyarat frekuensi rendah yang dikesan sangat menunjukkan itu. Mungkin, langkah seterusnya ialah memasukkan lebih banyak pulsar dalam tatasusunan dan mengkajinya untuk jangka masa yang lebih lama untuk meningkatkan sensitiviti.
Untuk mengkaji alam semesta, saintis hanya bergantung kepada sinaran elektromagnet seperti cahaya, sinar-X, radio gelombang dan lain-lain. Menjadi sama sekali tidak berkaitan dengan sinaran elektromagnet, pengesanan graviti pada tahun 2015 membuka peluang baharu kepada saintis untuk mengkaji jasad angkasa dan memahami alam semesta terutamanya peristiwa-peristiwa angkasa yang tidak dapat dilihat oleh ahli astronomi elektromagnet. Selanjutnya, tidak seperti sinaran elektromagnet, gelombang graviti tidak berinteraksi dengan jirim justeru perjalanan hampir tanpa halangan membawa maklumat tentang asal dan sumbernya tanpa sebarang herotan.(3)
Pengesanan Latar Belakang Gelombang Gravitasional (GWB) akan meluaskan lagi peluang. Malah mungkin untuk mengesan gelombang yang dijana daripada Big Bang yang boleh membantu kita memahami asal usulnya alam semesta dengan cara yang lebih baik.
***
Rujukan:
- Castelvecchi D. dan Witze A.,2016. Gelombang graviti Einstein ditemui akhirnya. Nature News 11 Februari 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361
- Castelvecchi D., 2020. Apa yang didedahkan oleh 50 peristiwa gelombang graviti tentang Alam Semesta. Nature News Diterbitkan 30 Oktober 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0
- LIGO 2021. Sumber dan Jenis Gelombang Graviti. Boleh didapati dalam talian di https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources Diakses pada 12 Januari 2021.
- Kerjasama NANOGrav, 2021. NANOGrav Menemui Kemungkinan 'Petunjuk Pertama' Latar Belakang Gelombang Graviti Frekuensi Rendah. Boleh didapati dalam talian di http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html Diakses pada 12 Januari 2021
- Kerjasama NANOGrav 2021. Taklimat akhbar – Mencari Latar Belakang Gelombang Graviti dalam 12.5 tahun Data NANOGrav. 11 Januari 2021. Boleh didapati dalam talian di http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf
- Arzoumanian Z., et al 2020. Set Data NANOGrav 12.5 tahun: Cari Latar Belakang Gelombang Gravitasional Stokastik Isotropik. Surat Jurnal Astrofizik, Jilid 905, Nombor 2. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401
***
