Berita Apa yang terjadi jika lubang hitam menyatu?

Saat Anda membeli melalui tautan di artikel kami, Future dan mitra sindikasinya dapat memperoleh komisi.

Penggabungan lubang hitam memang indah – dan merupakan salah satu peristiwa paling kejam di alam semesta. Begini prosesnya.

Cerita dimulai dengan dua lubang hitam mengorbit berjauhan satu sama lain dalam lingkaran yang panjang dan malas. Mereka bisa saja terlahir sebagai pasangan bintang biner, atau mereka mungkin saja bertemu satu sama lain secara acak di kedalaman bintang ruang antarbintang. Bagaimanapun, untuk bergabung, mereka harus mendekat, yang berarti kehilangan banyak energi orbital.

Langkah pertama dalam mencuri energi dari sistem adalah melalui interaksi lubang hitam dengan lingkungannya. Mereka tidak sendirian – selalu ada gumpalan tipis gas dan debu yang beterbangan, dan terkadang ada objek yang lebih besar, seperti planet atau planet. bintang. Semua objek ini berinteraksi melalui gaya berat dengan lubang hitam. Terkadang, mereka terjatuh dan tidak pernah terlihat lagi. Di lain waktu, mereka nyaris meleset, sehingga kecepatannya meningkat dan menghabiskan sebagian energi orbital dari lubang hitam.

Ketika lubang hitam sudah cukup dekat, proses lain akan mengambil alih. Lubang hitam bergerak ruang angkasa–waktu saat mereka mengorbit satu sama lain, dan pengadukan ini terlepas gelombang gravitasi yang terpancar dari pasangan itu bagaikan riak di kolam. Namun, gelombang gravitasinya sangat lemah dan mulai menyedot energi secara serius hanya ketika lubang hitam berada sangat dekat satu sama lain.

Terkait: Bagaimana lubang hitam yang menari berada cukup dekat untuk menyatu

Hal ini telah membawa para ahli astrofisika ke sebuah teka-teki yang disebut “masalah parsec terakhir.” Simulasi telah menunjukkan bahwa interaksi gravitasi dengan lingkungan dapat membawa lubang hitam ke dalam sekitar a parsec (sekitar 3.26 tahun cahaya) satu sama lain dalam jangka waktu yang layak. Namun dalam jarak tersebut, tidak ada cukup bahan untuk terus menarik energi. Di sisi lain, pada jarak yang sama, gelombang gravitasi terlalu lemah dan akan memakan banyak kelipatan usia alam semesta untuk menyelesaikan pekerjaan.

Masalah parsec terakhir saat ini masih menjadi teka-teki yang belum terpecahkan astrofisika. Namun apapun mekanisme yang terjadi, pada akhirnya lubang hitam akan berada cukup dekat sehingga gelombang gravitasi dapat menarik banyak energi dari sistem. Pada titik ini, lubang hitam hanya mempunyai waktu beberapa detik sebelum mereka bergabung.

Pada jarak yang dekat ini, lubang hitam mulai berubah bentuk satu sama lain. Mereka tidak mempunyai permukaan; cakrawala peristiwa adalah batas tak kasat mata yang menandai wilayah yang tidak bisa dielakkan. Tapi bentuknya cakrawala peristiwa bergantung tidak hanya pada lubang hitam itu sendiri tetapi juga geometri ruang-waktu di sekitarnya. Jadi, saat lubang hitam mulai menari mematikan, cakrawala peristiwa memanjang dan meregang satu sama lain.

Kami memahami apa yang terjadi selanjutnya hanya melalui simulasi komputer kompleks yang memantau dan melacak evolusi cakrawala peristiwa. Dalam milidetik sebelum tumbukan, setiap lubang hitam mengirimkan sulur tipis – sebuah terowongan kecil dari cakrawala peristiwanya – menuju pendampingnya. Sulur-sulur ini bertemu dan menyatu, membentuk jembatan di antara dua lubang hitam, seolah-olah dihubungkan dengan tali pusar.

Dengan sangat cepat, jembatan melebar dan cakrawala peristiwa saling menempel, seperti dua gelembung sabun yang saling bertabrakan. Dalam sekejap, lubang hitam itu bergabung menjadi satu.

Apa yang terjadi di dalam adalah dugaan siapa pun. Itu pusat lubang hitam dikenal sebagai singularitas, suatu titik dengan kepadatan tak terhingga. Di sinilah pemahaman kita tentang fisika terpecah. Simulasi menunjukkan bahwa singularitas dengan cepat menemukan satu sama lain, mengorbit sebentar dan kemudian bergabung – tetapi apa yang sebenarnya terjadi masih belum jelas.

Anehnya, lubang hitam yang baru bergabung ini memiliki massa yang lebih kecil dari gabungan massa pasangan aslinya. Misalnya pada tahun 2016, LIGO Kolaborasi Ilmiah mendeteksi peristiwa gelombang gravitasi pertama dari penggabungan lubang hitam, menemukan bahwa lubang hitam bermassa 36 matahari telah bergabung dengan lubang hitam bermassa 30 matahari untuk menciptakan lubang hitam baru yang berbobot hanya 63 massa matahari.

Cerita terkait:

—Gelombang gravitasi yang muncul akibat penggabungan lubang hitam dapat membantu menguji relativitas umum

—Beberapa penggabungan lubang hitam terjadi dalam 'karnaval' gugus bintang yang kacau balau

—Lubang hitam yang bertabrakan 'berdering' melintasi ruang-waktu dengan riak gelombang gravitasi

Apa yang terjadi dengan tiga tambahan massa matahari? Massa tersebut diubah menjadi energi dalam bentuk gelombang gravitasi. Seseorang harus membayar semua kehilangan energi, dan itu berasal dari konversi massa lubang hitam itu sendiri. Dalam setiap penggabungan lubang hitam, sekitar 5% diubah menjadi gelombang gravitasi.

Sebagai gambaran, ini seperti mengubah tiga matahari menjadi energi murni. Ketika lubang hitam bertabrakan, mereka melepaskan lebih banyak energi daripada semua bintang di dalamnya alam semesta — dan semua itu terjadi dalam keheningan dan kegelapan total.