Nobel Fisika untuk Pendeteksian Gelombang Gravitasi

Hadiah Nobel bidang fisika tahun 2017 dimenangkan oleh tiga orang fisikawan yang memiliki peran penting dalam pendeteksian gelombang gravitasi untuk pertama kalinya. Rainer Weiss dari Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge serta Barry Barish dan Kip Thorne yang keduanya berasal dari California Institute of Technology di Pasadena berbagi hadiah sebesar 1,1 juta dolar AS untuk kontribusi penting mereka dalam pengembangan Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) dan pengamatan gelombang gravitasi.

Picture1.png
Barry Barish (kiri), Rainer Weiss (tengah), dan Kip Thorne (kanan),
yang memimpin LIGO untuk mendeteksi gelombang gravitasi.
Kredit: Caltech, Bryce Vicmark/MIT, Caltech Alumni Assoc.

Pada September 2015 lalu, untuk pertama kalinya LIGO mendeteksi riak dalam ruang-waktu yang disebabkan oleh tumbukan dua lubang hitam. Penemuan tersebut membuka ranah baru dalam bidang astronomi, yaitu kini para astronom dapat “mendengar” getaran yang dihasilkan oleh peristiwa kataklismik/dahsyat di alam semesta. Tentunya ini merupakan konfirmasi bahwa keberadaan gelombang gravitasi benar adanya, sesuai dengan prediksi Einstein seabad yang lalu bahwa objek masif yang berakselerasi dapat mengganggu ruang-waktu dan membentuk suatu gelombang. Hal ini mirip seperti riak yang timbul ketika sebuah batu dilemparkan ke dalam genangan air. Gelombang gravitasi dapat dihasilkan oleh peristiwa katastropik seperti lubang hitam yang bertabrakan, keruntuhan inti bintang (supernova), penggabungan dua bintang neutron atau katai putih, goyangan rotasi dari bintang neutron yang tidak berbentuk bola sempurna, dan sisa gelombang gravitasi yang dihasilkan oleh kelahiran alam semesta kita.

Weiss dan Thorne adalah dua dari tiga fisikawan yang dikenal sebagai Troika, yaitu pendiri detektor raksasa kembar LIGO di Livingston, Louisiana, dan di Hanford, Washington. Anggota ketiga Troika yaitu Ronald Drever telah wafat pada 7 Maret 2017. Sementara itu, Barish merupakan direktur LIGO dari tahun 1997 hingga 2005 dan berkontribusi penting dalam pengembangan LIGO.

Meskipun hadiah Nobel hanya dapat diberikan kepada maksimum tiga orang, komite Nobel tetap mencatat orang-orang yang pernah bekerja di LIGO dalam rilis persnya. Setengah hadiah Nobel diberikan kepada Weiss sementara sisanya dibagi dua kepada Barish dan Thorne.

Ide yang Membentuk Inisiasi

Beberapa fisikawan meragukan keberadaan gelombang gravitasi sebelum akhirnya LIGO menemukannya. Distorsi dalam ruang-waktu adalah konsekuensi yang tak terelakkan dari teori relativitas Einstein dan merambat di alam semesta tanpa hambatan. Pada tahun 1974, gelombang tersebut dikonfirmasi secara tidak langsung ketika para astronom meneliti sinyal radio yang diemisikan oleh pasangan bintang neutron yang sedang bergabung. Perubahan periode orbit dari sistem tersebut cocok dengan prediksi teori relativitas umum dan akhirnya berhasil membawa penelitinya memenangkan hadiah Nobel bidang fisika pada tahun 1993.

black_hole_merger
Ilustrasi sinyal gelombang gravitasi yang diterima oleh LIGO. Sinyal tersebut berasal dari peristiwa tumbukan antara dua lubang hitam yang akhirnya bergabung menjadi satu.
Kredit: LIGO, NSF, Aurore Simonnet (Sonoma State U.)

Tidak berhenti sampai di situ, berbagai cara terus dilakukan untuk mendeteksi gelombang gravitasi secara langsung. Gelombang yang sangat kuat dapat dihasilkan oleh bintang yang runtuh atau tabrakan antara lubang hitam. Sayangnya, gelombang ini akan melemah dalam perjalanannya mencapai Bumi. Namun, meskipun lemah, LIGO tetap mampu mendeteksi gelombang gravitasi pada tahun 2015.

Pengembangan observatorium gelombang gravitasi pertama kali diusulkan oleh fisikawan di Amerika Serikat dan kemudian Uni Soviet dengan menggunakan interferometer laser pada tahun 1960-an. Weiss yang lahir di Jerman pada tahun 1932 pindah bersama keluarganya ke Amerika Serikat pada tahun 1938 untuk menghindari Nazi. Ia membangun purwarupa interferometer pertamanya pada pertengahan tahun 1970-an. Weiss membuat kalkulasi mendetail pertama tentang cara kerja interferometer pada tahun 1972. Langkah ini diikuti oleh para ilmuwan Eropa, di antaranya adalah Drever dan kolaboratornya di Universitas Glasgow, Inggris, serta grup lain di Munich, Jerman. Namun, Weiss menganggap bahwa idenya tidak masuk akal dan tidak yakin bahwa mesinnya akan bekerja hingga akhirnya dia meninggalkannya untuk saat itu.

ligo-livingston-aerial-02.jpg
Observatorium gelombang gravitasi LIGO yang terletak di Livingston, Louisiana.
Kredit: LIGO Collaboration

Di sisi lain, Thorne yang lahir di Utah pada tahun 1940 merupakan ahli di bidang teori relativitas umum dan telah mengembangkan ide dalam hal gelombang. Ada cerita menarik di suatu konferensi di Washington DC tahun 1975, yaitu Thorne dan Weiss berbagi kamar hotel karena tidak ada sisa kamar lagi untuk masing-masing dari mereka. Pertemuan dan diskusi keduanya membuat mereka menyadari bahwa ide tentang interferometer adalah langkah yang tepat untuk mempelajari gelombang gravitasi. Akhirnya, Thorne, Weiss, dan Drever menyatukan kekuatan di awal tahun 1980-an yang mendasari berdirinya kolaborasi LIGO.

Perjuangan Penuh Tantangan

Perjuangan Troika tidak selalu berjalan mulus, terutama karena mereka bukan ahli dalam bidang manajemen proyek yang berkembang sangat pesat. Angin segar datang ketika Barish yang merupakan peneliti utama LIGO sejak 1994 menjadi direktur pada tahun 1997. Barish membuat LIGO menjadi organisasi sains raksasa. Tanpa Barish, LIGO mungkin akan runtuh.

Meskipun pada awalnya LIGO sangat sulit mendapatkan pendanaan, pada akhirnya proyek tersebut menjadi eksperimen terbesar dan termahal dalam sejarah National Science Foundation Amerika Serikat. Dua detektor utama LIGO pertama kali dibuka pada tahun 2002, namun gagal mendeteksi apapun pada masa itu. LIGO kemudian ditutup tahun 2010 untuk peningkatan kualitas instrumen dan akhirnya dibuka lagi pada September 2015 dengan kemampuan tiga kali lebih sensitif dari sebelumnya. Para peneliti yakin bahwa mereka akan mendeteksi gelombang gravitasi beberapa tahun mendatang. Hal ini menjadi kenyataan pada tanggal 14 September 2015. Hingga kini, LIGO telah mendeteksi paling tidak sebanyak tiga gelombang gravitasi lain.

Tim LIGO sebenarnya juga mendapat dukungan besar di negara lain, contohnya Jerman dan Inggris. Keduanya berkontribusi penting dalam hal pendanaan dan riset. Selain itu, GEO600 yang merupakan interferometer kecil di dekat Hannover, Jerman adalah tempat eksperimen teknologi yang nantinya akan digunakan oleh LIGO.

Ketiga pemenang Nobel ini tentunya memiliki kontribusi lain selain di LIGO. Misalnya Weiss yang merupakan peneliti utama di misi Cosmic Background Explorer (COBE), yaitu satelit NASA yang memproduksi peta radiasi latar belakang kosmik yang dihasilkan oleh sisa big bang. Kemudian, ada Thorne yang merupakan ujung tombak studi teoretis gelombang gravitasi sekaligus produser eksekutif film Interstellar tahun 2014. Lalu, terdapat pula Barish yang bekerja dalam eksperimen neutrino di Fermi National Laboratory di Batavia, Illinois, dan tempat lainnya. Dia juga yang mengajukan desain International Linear Collider. Thorne dan Weiss memang sudah diperkirakan akan memenangkan Nobel dengan mudah. Sebelum Drever wafat Maret lalu, Troika meraup hampir semua hadiah yang ada, termasuk hadiah Special Breakthrough Prize in Fundamental Physics, Gruber Foundation Cosmology Prize, Shaw Prize in Astronomy, dan Kavli Prize in Astrophysics.

Referensi:

https://www.nature.com/news/gravitational-wave-detection-wins-physics-nobel-1.22737?WT.mc_id=TWT_NatureNews

Penulis: Irham Taufik Andika
Editor: Fathin Qurratu Ainy

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s