WASHINGTON - Penggabungan dua lubang hitam merupakan peristiwa penting, yang mengungkap konfigurasi ruang, waktu, dan gravitasi paling liar dan paling ekstrem yang diketahui sains.

Para peneliti kini telah mendapatkan pandangan terbaik mereka tentang peristiwa semacam itu berdasarkan deteksi riak dalam ruang-waktu yang disebut gelombang gravitasi dalam sebuah observasi yang memberikan dukungan kuat bagi hipotesis dari fisikawan terkemuka Albert Einstein dan Stephen Hawking.

Tabrakan terjadi 1,3 miliar tahun cahaya dari Bumi di galaksi di luar Bima Sakti kita, dan melibatkan dua lubang hitam - satu sekitar 34 kali massa matahari dan yang lainnya sekitar 32 kali massa matahari. Keduanya bergabung dalam sepersekian detik setelah mengorbit satu sama lain dengan kecepatan hampir mendekati kecepatan cahaya, dan meninggalkan satu lubang hitam dengan massa sekitar 63 kali massa matahari yang berputar sekitar 100 putaran per detik.

Satu tahun cahaya adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam setahun, 5,9 triliun mil (9,5 triliun km). Lubang hitam adalah objek yang luar biasa padat dengan tarikan gravitasi yang begitu kuat sehingga bahkan cahaya pun tidak dapat lepas.

Penggabungan tersebut melepaskan sejumlah besar energi yang terpancar keluar sebagai gelombang gravitasi, jumlah yang setara dengan menghancurkan tiga bintang seukuran matahari. Gelombang-gelombang ini terdeteksi pada 14 Januari di lokasi penelitian di Hanford, Washington dan Livingston, Louisiana, yang merupakan bagian dari Observatorium Gelombang Gravitasi Laser Interferometer (LIGO) milik National Science Foundation AS.

Pengamatan ini terjadi sekitar satu dekade setelah deteksi gelombang gravitasi pertama yang inovatif, yang dihasilkan oleh penggabungan serupa. Kemajuan teknologi sejak 2015 memungkinkan penggabungan ini diamati dengan resolusi empat kali lebih baik daripada sebelumnya.

Gelombang gravitasi merambat keluar dari sumbernya seperti riak di kolam. Dalam hal ini, kolam tersebut adalah ruang-waktu, struktur empat dimensi yang menggabungkan tiga dimensi ruang—tinggi, lebar, dan panjang—dengan dimensi waktu.

"Berkat Albert Einstein, kita tahu bahwa ruang dan waktu saling terkait dan paling tepat dianggap sebagai aspek dari satu entitas tunggal, ruang-waktu," kata astrofisikawan Maximiliano Isi dari Universitas Columbia dan Institut Flatiron, salah satu pemimpin studi yang dipublikasikan pada hari Rabu di jurnal Physical Review Letters.

"Hal ini terwujud, misalnya, dalam kenyataan bahwa waktu mengalir dengan laju yang berbeda tergantung di mana Anda berada: di dekat objek berat, seperti lubang hitam, waktu mengalir lebih lambat dibandingkan dengan seseorang yang lebih jauh, sehingga seseorang yang dekat dengan lubang hitam akan menua lebih lambat," kata Isi.

Para peneliti menganalisis frekuensi gelombang gravitasi yang terdeteksi untuk memahami kualitas fundamental lubang hitam tepat sebelum dan sesudah penggabungan. Meskipun frekuensi ini bukan gelombang suara, para peneliti membandingkannya dengan dering bel.

"Ini seperti mencoba mencari tahu terbuat dari apa bel berdasarkan bunyi dering yang dihasilkannya saat dipukul," kata Isi.

Lonceng besi besar, misalnya, mengeluarkan suara yang berbeda dari lonceng aluminium kecil. Apa yang dipelajari para peneliti berdasarkan frekuensi gelombang gravitasi memberikan validasi bagi prinsip dasar pemahaman ilmiah tentang lubang hitam yang dikemukakan oleh Hawking, yang meninggal dunia pada tahun 2018.

Hawking berhipotesis bahwa total luas permukaan lubang hitam—khususnya luas permukaan horizon peristiwa, batas yang tidak dapat dilewati apa pun—tidak akan pernah berkurang. Hipotesisnya menyiratkan bahwa luas permukaan lubang hitam tunggal yang dihasilkan dalam penggabungan seharusnya melebihi gabungan luas permukaan kedua lubang hitam yang bergabung.

Penggabungan ini memenuhi ekspektasi tersebut. Sebelum bertabrakan, kedua lubang hitam tersebut memiliki total luas permukaan sekitar 93.000 mil persegi (240.000 km persegi). Lubang hitam tunggal yang dihasilkan oleh penggabungan tersebut memiliki luas permukaan sekitar 155.000 mil persegi (400.000 km persegi).

"Ini adalah pertama kalinya kami dapat melakukan pengukuran ini dengan sangat presisi, dan sangat menarik untuk mendapatkan konfirmasi eksperimental langsung. "Ide penting tentang perilaku lubang hitam," kata astrofisikawan Will Farr dari Universitas Stony Brook dan Institut Flatiron, salah satu pemimpin studi.

Observasi ini juga memberikan bukti paling langsung sejauh ini bahwa lubang hitam adalah objek yang secara paradoks sederhana seperti yang diramalkan dalam teori relativitas umum Einstein, yang menyatakan bahwa gravitasi dihasilkan dari kelengkungan ruang-waktu yang disebabkan oleh massa dan energi.

Temuan ini memvalidasi kesederhanaan lubang hitam yang diusulkan Einstein - bahwa lubang hitam dapat dipahami sepenuhnya hanya berdasarkan massa dan putarannya - sebagaimana yang dikerjakan oleh matematikawan Roy Kerr pada tahun 1963.

Pengukuran gelombang gravitasi diperoleh dalam waktu yang sangat singkat. Astrofisikawan Caltech, Katerina Chatziioannou, mengatakan bahwa lubang hitam diamati berputar ke dalam satu sama lain selama sekitar 200 milidetik, dan sinyal dari lubang hitam yang bergabung diukur selama sekitar 10 milidetik.