Bagaimana LISA – Gelombang Gravitasi

Misi LISA (Laser Interferometer Space Antenna), yang dipimpin oleh ESA (Badan Antariksa Eropa) dengan kontribusi dari NASA, akan mendeteksi gelombang gravitasi di luar angkasa menggunakan tiga pesawat ruang angkasa yang terpisah lebih dari satu juta mil dan terbang dalam formasi segitiga. Laser yang ditembakkan antar satelit, yang ditampilkan dalam konsep seniman ini, akan mengukur bagaimana gelombang gravitasi mengubah jarak relatifnya. Kredit: AEI/MM/Exozet

LISA, misi kolaboratif antara ESA dan NASA, bertujuan untuk mendeteksi gelombang gravitasi dari luar angkasa dan menawarkan perspektif baru tentang luar angkasa melalui teknologi canggih dan kerja sama internasional.

Observatorium luar angkasa pertama yang dirancang untuk mendeteksi gelombang gravitasi telah mengalami perombakan besar-besaran dan akan dilanjutkan dengan pembangunan perangkat keras penerbangan. Pada tanggal 25 Januari, ESA (Badan Antariksa Eropa) mengumumkan penerimaan resmi LISA, Antena Luar Angkasa Laser Interferometer, ke dalam rangkaian misinya, dengan peluncuran yang dijadwalkan pada pertengahan tahun 2030-an. ESA memimpin misi ini dan NASA bertindak sebagai mitra kolaboratif.

Peran dan misi kolaborasi NASA

“Pada tahun 2015, observatorium LIGO yang berbasis di darat membuka jendela terhadap gelombang gravitasi, gangguan yang merambat melalui ruang-waktu, struktur alam semesta kita,” kata Mark Clampin, Direktur Astrofisika di Markas Besar NASA di Washington. “LISA akan memberi kita pemandangan panorama yang memungkinkan kita mengamati berbagai sumber di galaksi kita dan jauh di luarnya. Kami bangga menjadi bagian dari upaya internasional untuk membuka jalan baru dalam mengeksplorasi misteri alam semesta.”

Misi LISA akan memungkinkan pengamatan gelombang gravitasi yang dihasilkan dari penggabungan lubang hitam supermasif, yang kita lihat di sini dalam simulasi komputer. Sebagian besar galaksi besar memiliki pusat lubang hitam yang berukuran jutaan kali massa Matahari kita. Ketika galaksi-galaksi ini bertabrakan, lubang hitamnya akhirnya juga bertabrakan. Kredit: Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA/Scott Noble; data simulasi, d’Ascoli dkk. 2018

NASA akan menyediakan beberapa komponen utama rangkaian instrumen LISA, bersama dengan dukungan ilmiah dan teknis. Kontribusi NASA meliputi laser, teleskop, dan perangkat untuk mengurangi interferensi dari muatan elektromagnetik. LISA akan menggunakan perangkat ini untuk mengukur perubahan jarak secara tepat yang disebabkan oleh gelombang gravitasi jutaan mil di luar angkasa. ESA akan menyediakan pesawat ruang angkasa dan mengawasi tim internasional selama pengembangan dan pengoperasian misi.

Gelombang Gravitasi: Mengungkap Rahasia Luar Angkasa

Gelombang gravitasi telah diprediksi oleh teori relativitas umum Albert Einstein lebih dari satu abad yang lalu. Mereka dihasilkan oleh percepatan materi, seperti sepasang lubang hitam yang mengorbit. Ketika gelombang-gelombang ini menghilangkan energi orbital, jarak antar objek secara bertahap menyusut selama jutaan tahun dan akhirnya menyatu.

Riak-riak di alam semesta ini masih belum terdeteksi hingga tahun 2015, ketika LIGO, sebuah observatorium gelombang gravitasi laser yang didanai oleh US National Science Foundation, mengukur gelombang gravitasi dari penggabungan dua lubang hitam. Penemuan ini memicu bidang ilmu baru yang disebut “astronomi multimessenger,” di mana gelombang gravitasi dapat digunakan bersama dengan “utusan” kosmik lainnya—cahaya dan partikel—untuk mengamati alam semesta dengan cara baru.

Bersama dengan instrumen berbasis darat lainnya, LIGO telah mengamati puluhan penggabungan lubang hitam lainnya, serta penggabungan bintang neutron dan sistem bintang neutron-lubang hitam. Sejauh ini, lubang hitam yang terdeteksi oleh gelombang gravitasi berukuran relatif kecil, dengan massa puluhan hingga mungkin ratusan kali massa Matahari kita. Namun para ilmuwan berpendapat bahwa penggabungan lubang hitam yang jauh lebih masif adalah hal biasa ketika alam semesta masih muda, dan hanya observatorium luar angkasa yang peka terhadap gelombang gravitasi dari lubang hitam tersebut.

Kontribusi unik LISA terhadap astronomi

“LISA dirancang untuk mendeteksi gelombang gravitasi frekuensi rendah yang tidak dapat dideteksi oleh instrumen di Bumi,” kata Ira Thorpe, ilmuwan misi NASA di Goddard Space Flight Center di Greenbelt, Maryland. “Sumber-sumber ini mencakup puluhan ribu sistem biner kecil di galaksi kita, serta lubang hitam masif yang menyatu dalam tabrakan galaksi di awal alam semesta.”

Gelombang gravitasi dari simulasi populasi biner kompak di galaksi kita digunakan untuk membuat peta sintetis seluruh langit. Sistem seperti itu mengandung katai putih, bintang neutron, atau lubang hitam dalam orbit yang sempit. Peta seperti ini menggunakan data nyata akan dimungkinkan setelah misi LISA aktif dalam dekade berikutnya. Pusat galaksi Bima Sakti kita terletak di tengah-tengah pemandangan seluruh langit ini, dengan bidang galaksi membentang di tengahnya. Titik yang lebih terang menunjukkan sumber dengan sinyal gravitasi yang lebih kuat, dan warna yang lebih terang menunjukkan sumber dengan frekuensi yang lebih tinggi. Bintik berwarna yang lebih besar menunjukkan sumber yang posisinya kurang diketahui. Kredit: Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA

LISA akan terdiri dari tiga pesawat ruang angkasa yang terbang dalam formasi segitiga besar yang mengikuti Bumi dalam orbitnya mengelilingi Matahari. Setiap lengan segitiga ini membentang sejauh 1,6 juta mil (2,5 juta kilometer). Pesawat ruang angkasa akan melacak massa uji internal yang hanya dipengaruhi oleh gravitasi. Pada saat yang sama, mereka akan menembakkan laser secara terus menerus untuk mengukur pemisahannya pada skala yang lebih kecil dari ukuran atom helium. Gelombang gravitasi dari sumber di seluruh alam semesta akan menghasilkan osilasi sepanjang lengan segitiga, dan LISA akan menangkap perubahan ini.

Inovasi teknologi dan prospek masa depan

Inti teknologi misi LISA telah divalidasi oleh misi LISA Pathfinder ESA, yang menunjukkan kontrol presisi dan pengukuran laser yang diperlukan untuk mendeteksi gelombang gravitasi. Tonggak sejarah teknologi ini membuka jalan bagi LISA untuk mengeksplorasi aspek-aspek alam semesta yang sebelumnya tidak dapat diakses, menawarkan wawasan tentang dinamika benda-benda langit raksasa dan struktur ruang-waktu itu sendiri.