Selama beberapa dekade, fisikawan telah berteori tentang keberadaan materi eksotik di dalam bintang neutron – sisa-sisa bintang yang runtuh begitu padat sehingga gravitasi menghancurkan atom hingga menjadi komponen fundamentalnya. Sekarang, penelitian baru menunjukkan bahwa kita mungkin akan segera dapat mengkonfirmasi keberadaan materi ini, yang terakhir ada tak lama setelah Big Bang, dengan menganalisis distorsi halus dalam gelombang gravitasi yang dipancarkan oleh penggabungan bintang-bintang neutron.
Fisika Ekstrim Bintang Neutron
Bintang neutron adalah salah satu objek terpadat di alam semesta. Terbentuk ketika bintang-bintang masif mati dalam ledakan supernova, mereka mengemas massa Matahari kita menjadi sebuah bola yang kira-kira seukuran kota. Kepadatan ekstrim ini menghancurkan proton dan elektron, membentuk neutron. Namun jauh di dalam sisa-sisa bintang ini, gravitasi bisa begitu besar sehingga bahkan neutron pun terurai menjadi kuark dan gluon penyusunnya, sehingga menciptakan keadaan materi yang disebut plasma kuark-gluon.
Plasma ini penting karena merupakan materi yang sama dengan yang ada pada masa awal alam semesta, sepersekian detik setelah Big Bang. Menemukannya di dalam bintang neutron akan memberi kita laboratorium unik untuk mempelajari kondisi yang tidak mungkin ditiru di Bumi, kecuali pada akselerator partikel.
Bagaimana Gelombang Gravitasi Memegang Kuncinya
Kunci untuk mengungkap misteri ini terletak pada pengamatan bintang-bintang neutron biner – pasangan mayat bintang yang berputar ke arah satu sama lain. Saat mereka mengorbit lebih dekat, gravitasi mereka yang kuat akan mengubah bentuk satu sama lain, menghasilkan riak di ruang-waktu yang disebut gelombang gravitasi. Para peneliti sekarang percaya bahwa gelombang ini membawa jejak tersembunyi dari struktur internal bintang neutron.
Tim yang dipimpin oleh Nicolás Yunes dari Universitas Illinois dan Abhishek Hegade dari Universitas Princeton, telah mengembangkan kerangka teori untuk menguraikan jejak ini. Idenya adalah bahwa gaya pasang surut antara bintang-bintang neutron menyebabkan getaran di dalam intinya, seperti membunyikan bel. Frekuensi getaran ini tertanam dalam gelombang gravitasi.
Mengatasi Rintangan Teoritis
Salah satu tantangan terbesarnya adalah menghitung energi yang hilang akibat gelombang gravitasi. Fisika Newton menyediakan satu set lengkap mode getaran untuk objek, namun relativitas umum memperumit masalah. Yunes dan Hegade menyelesaikan masalah ini dengan memperlakukan masing-masing bintang neutron secara individual, menghitung pengaruh bintang pendampingnya sebagai gaya eksternal. Mereka menemukan bahwa dengan memecah masalah ke dalam skala yang lebih kecil, mereka dapat secara akurat menggambarkan keseluruhan mode getaran dan jejaknya pada gelombang gravitasi.
“Kami menunjukkan dua hal utama,” kata Hegade. “Pertama, kami dapat mengurangi radiasi, dan menemukan bahwa mode bintang neutron memang membentuk satu set lengkap. Kedua, kami menemukan bahwa jika Anda secara konsisten menyelesaikan serangkaian persamaan tertentu menggunakan medan pasang surut yang cukup ‘halus’, maka hal tersebut akan menjadi solusi untuk bagian dalam sebuah bintang, dan Anda dapat melakukan semua hal yang sama dalam relativitas umum seperti dalam gravitasi Newton.”
Masa Depan Penelitian Bintang Neutron
Meskipun penelitian ini masih bersifat teoretis, detektor gelombang gravitasi generasi berikutnya, seperti Cosmic Explorer dan Einstein Telescope yang diusulkan, mungkin akan cukup sensitif untuk mendeteksi distorsi halus ini. Jika berhasil, hal ini dapat membuka wawasan fisika ekstrem bintang-bintang neutron dan memberikan gambaran sekilas tentang kondisi yang membentuk alam semesta awal.
Memahami bagian dalam bintang neutron bukan hanya tentang fisika fundamental. Ini membantu kita menyempurnakan pemahaman kita tentang gravitasi, materi dengan kepadatan ekstrim, dan asal usul alam semesta kita. Beberapa tahun ke depan menjanjikan waktu yang menyenangkan untuk bidang ini.
