Fisikawan telah mengidentifikasi metode yang berpotensi menjadi terobosan untuk mengukur laju ekspansi alam semesta, sebuah teka-teki kosmologis yang sudah lama ada, dengan menggunakan riak halus di ruangwaktu yang dikenal sebagai gelombang gravitasi. Pendekatan baru ini memanfaatkan sinyal kolektif dari penggabungan lubang hitam yang tak terhitung jumlahnya di seluruh kosmos – sebuah “dengungan” gravitasi yang samar – untuk secara independen menilai seberapa cepat ruang angkasa meregang. Bahkan tanpa secara langsung mendeteksi latar belakang ini, para peneliti telah menggunakan data terkini untuk menyempurnakan batasan pada konstanta Hubble, nilai yang mewakili kecepatan ekspansi alam semesta.
Ketegangan Hubble: Masalah Inti dalam Kosmologi
Laju perluasan alam semesta merupakan besaran fundamental, namun nilai pastinya masih menjadi perdebatan utama. Pengukuran yang diperoleh dari observasi awal alam semesta (seperti latar belakang gelombang mikro kosmik, sisa-sisa ledakan Big Bang) secara sistematis tidak sesuai dengan pengukuran yang dilakukan oleh objek terdekat (seperti supernova). Perbedaan ini, yang disebut ketegangan Hubble, signifikan secara statistik, menunjukkan adanya kesalahan yang tidak teridentifikasi dalam metode yang ada atau perlunya fisika baru yang mendasar.
Seperti yang dijelaskan oleh fisikawan Yale, Chiara Mingarelli, “Pengukuran laju ekspansi Alam Semesta Awal dan Alam Semesta akhir berbeda-beda, yaitu lebih dari 5 sigma… Entah ada kesalahan sistematis yang tidak teridentifikasi atau fisika baru.” Ketidakmampuan untuk mendamaikan nilai-nilai ini menimbulkan pertanyaan kritis tentang pemahaman kita tentang energi gelap, materi gelap, dan keseluruhan struktur alam semesta.
Menggunakan Penggabungan Lubang Hitam sebagai Penguasa Kosmik
Studi baru ini, yang diterima untuk dipublikasikan di Physical Review Letters, mengusulkan metode baru yang sepenuhnya didasarkan pada gelombang gravitasi. Sejak tahun 2015, observatorium seperti LIGO dan Virgo telah mendeteksi lusinan penggabungan lubang hitam, masing-masing peristiwa memberikan informasi tentang massa dan jarak benda-benda yang bertabrakan. Dengan menganalisis laju terjadinya penggabungan ini di seluruh alam semesta, para ilmuwan dapat menyimpulkan sifat-sifat latar belakang gelombang gravitasi—sinyal gabungan dari peristiwa-peristiwa yang terlalu jauh untuk diselesaikan secara individual.
Menurut penulis utama Bryce Cousins, “Karena kami mengamati tabrakan lubang hitam secara individual, kami dapat menentukan tingkat tabrakan yang terjadi di seluruh alam semesta.” Kekuatan keseluruhan sinyal latar belakang ini secara langsung bergantung pada tingkat ekspansi; ekspansi yang lebih lambat berarti volume yang lebih besar dan lebih banyak merger, sehingga menghasilkan latar belakang yang lebih kuat.
Implikasi dan Prospek Masa Depan
Tim peneliti menunjukkan bahwa tidak terdeteksinya latar belakang gelombang gravitasi saat ini sudah mengesampingkan nilai-nilai tertentu yang lebih rendah untuk konstanta Hubble. Meskipun kendala yang ada saat ini masih luas, metode ini menetapkan kerangka baru yang independen untuk inferensi kosmologis. Pendekatan ini melengkapi teknik “sirene standar” yang ada (menggunakan peristiwa gelombang gravitasi individu sebagai penanda jarak) dengan mengeksploitasi seluruh populasi tabrakan lubang hitam yang belum terselesaikan.
Profesor Daniel Holz dari Universitas Chicago menekankan pentingnya: “Tidak setiap hari Anda menemukan alat yang benar-benar baru untuk kosmologi.” Peningkatan yang direncanakan pada detektor gelombang gravitasi akan memungkinkan deteksi langsung latar belakang dalam beberapa tahun, mengubahnya dari batas bawah menjadi pengukuran yang tepat.
Pada akhirnya, metode sirene stokastik ini bisa menjadi alat baru yang ampuh untuk menyelidiki sejarah perluasan alam semesta dan menentukan apakah ketegangan Hubble merupakan kelemahan mendasar dalam model kita atau hanya kesalahan sistematis yang tersembunyi.
Teknik baru ini menawarkan pemeriksaan independen yang penting terhadap pengukuran kosmologis yang ada dan pada akhirnya dapat membantu memecahkan salah satu misteri paling mendesak dalam fisika modern.
