Laser
Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) dirancang
untuk membuka medan astrofisika gelombang gravitasi melalui pendeteksian
langsung gelombang gravitasi yang diprediksi oleh Teori Relativitas Umum
Einstein. Interferometer merupakan perangkat ukur yang digunakan untuk
menghasilkan suatu pola interferensi, yaitu interaksi yang terjadi antar
gelombang. Detektor gelombang gravitasi LIGO dalam skala multi-kilometer
memiliki interferometri laser untuk mengukur fenomena riak-riak di jalinan ruang
dan waktu oleh gelombang gravitasi yang berasal dari sumber kosmik dahsyat seperti penggabungan sepasang bintang neutron atau lubang hitam atau supernova. LIGO terdiri dari dua interferometer yang terpisah dalam jarak jauh di Amerika Serikat, yaitu di Hanford, Washington dan di Livingston,
Louisiana, dan beroperasi secara simultan untuk mendeteksi gelombang gravitasi.
LIGO adalah fasilitas nasional untuk
penelitian gelombang gravitasi, memberikan kesempatan bagi komunitas sains untuk berpartisipasi dalam pengembangan detektor, pengamatan, dan analisis
data. Kemampuan detektor LIGO telah meningkat pesat seiring rampungnya proyek Advanced LIGO pada akhir 2014.
Detektor Advanced LIGO akan
meningkatkan sensitivitas dan rentang pengamatan LIGO hingga 10 kali lipat di
atas pendahulunya, membawa 1.000 kali lebih banyak galaksi ke dalam rentang
pengamatan LIGO.
Desain dan konstruksi LIGO dikerjakan oleh tim
Laboratorium LIGO yang terdiri dari para ilmuwan, insinyur dan staf di California Institute of Technology
(Caltech) dan Massachusetts Institute of
Technology (MIT), beserta para kolaborator yang terdiri dari lebih
dari 80 institusi ilmiah di seluruh dunia yang merupakan anggota LIGO Scientific Collaboration.
Tanggung jawab Laboratorium LIGO meliputi
pengoperasian detektor, penelitian dan pengembangan LIGO untuk
meningkatkan kemampuan detektor LIGO, penelitian fisika dasar gravitasi,
astronomi, astrofisika, edukasi dan penjangkauan publik. LIGO didanai
oleh National Science Foundation Amerika
Serikat dan dioperasikan oleh Caltech dan MIT.
Misi LIGO
 |
| Gelombang gravitasi sistem bintang biner rapat. (Karya dari MoocSummers via Wikimedia Commons) |
Sebagaimana didefinisikan di dalam anggaran
dasar Laboratorium LIGO, misi LIGO adalah membuka medan astrofisika gelombang
gravitasi melalui pendeteksian langsung gelombang gravitasi. Detektor LIGO
menggunakan interferometri laser untuk mengukur distorsi jalinan ruang dan waktu karena fenomena gelombang gravitasi. LIGO adalah fasilitas nasional untuk penelitian gelombang
gravitasi, memberikan kesempatan bagi komunitas sains untuk
berpartisipasi dalam pengembangan detektor, pengamatan dan analisis data.
Selain mendapat dana dari National Science Foundation Amerika
Serikat, LIGO juga mendapat dukungan finansial untuk konstruksinya dari Australia,
Jerman, dan Inggris. Detektor LIGO dapat digunakan oleh anggota LIGO Scientific Collaboration (LSC), yang terdiri
dari para peneliti mitra LIGO dari berbagai institusi yang tersebar di seluruh dunia.
Evolusi Detektor LIGO
 |
| Dengan peningkatan jarak jangkauan sebesar 10 kali lipat, LIGO terbaru akan meneliti volume ruang angkasa 1.000 kali lebih luas daripada pendahulunya. |
Meliputi instrumen optik presisi terbesar di
dunia dan sistem vakum terbesar kedua di dunia, LIGO adalah kombinasi keajaiban
teknik dan kecerdasan manusia. Konstruksi awal detektor gelombang gravitasi
LIGO telah selesai pada tahun 1999. Pencarian pertama gelombang gravitasi
dimulai pada tahun 2002 dan berhasil mendeteksi gelombang gravitasi pada tahun
2010, selama waktu itu, tidak ada gelombang gravitasi yang terdeteksi. Meskipun
demikian, banyak yang telah dipelajari dari berbagai pengalaman yang telah
dijalani untuk mempersiapkan LIGO dalam mendeteksi gelombang gravitasi tahap
berikutnya.
Pelajaran yang dipetik selama operasi LIGO tahap
awal mengarah ke perancangan ulang lengkap instrumen LIGO, yang kemudian
dibangun kembali antara tahun 2010 dan 2014. Desain ulang ini meningkatkan interferer
baru LIGO 10 kali lebih sensitif, berarti LIGO akan mampu mendeteksi gelombang
gravitasi 10 kali lebih baik daripada LIGO tahap awal.
Peningkatan drastis sensitivitas akan memberi akses kepada LIGO ke volume ruang angkasa 1.000 kali lebih luas, volume meningkat melalui skala jarak
kubik. Jadi 10 kali lipat berarti 10x10x10 = 1.000 kali volume ruang
angkasa, dan mampu mendeteksi 1.000 kali lebih banyak galaksi yang menjadi
sumber gelombang gravitasi. Pencarian gelombang gravitasi secara lebih mendalam
dimulai pada bulan September 2015 dan dalam beberapa hari, detektor baru LIGO telah
mencapai apa yang tidak mampu dilakukan oleh pendahulunya selama 8 tahun masa operasional.
Pada tanggal 14 September 2015, detektor LIGO
di Livingston, Los Angeles dan di Hanford, Washington, menjanjikan era baru
dalam eksplorasi astronomi. Gelombang gravitasi yang dideteksi oleh LIGO pada
hari bersejarah tersebut, bersumber dari dua lubang hitam yang saling bertabrakan
dan bergabung menjadi satu, terletak hampir 1,3 miliar tahun cahaya dari Bumi.
LIGO dan Penemuan Ilmah Tercanggih
 |
| Jangkauan sepuluh kali lipat sama dengan 1.000 kali lipat volume ruang angkasa yang bisa diteliti. |
LIGO adalah eksperimen fisika tercanggih yang
dirancang untuk mendeteksi gelombang gravitasi dari beberapa peristiwa paling ganas
dan paling energik di alam semesta. Dengan mendeteksi gelombang
gravitasi, LIGO akan menyediakan sarana bagi para fisikawan untuk menjawab
pertanyaan-pertanyaan utama dalam sains, seperti:
- Apa sifat gelombang gravitasi?
- Apakah relativitas umum merupakan teori gravitasi yang paling benar?
- Apakah relativitas umum masih berlaku di bawah kondisi gravitasi yang kuat?
- Apakah lubang hitam di alam semesta juga merupakan lubang hitam yang diprediksi oleh relativitas umum?
- Bagaimana materi berperilaku di bawah tekanan dan kepadatan ekstrem?
- Apa yang terjadi saat sebuah bintang masif runtuh?
- Bagaimana bintang biner rapat terbentuk dan berevolusi, dan apa yang dapat mereka ceritakan tentang sejarah laju rata-rata pembentukan bintang di alam semesta?
Teknik Ekstrem LIGO
LIGO menjadi contoh bagi rekayasa teknik dan
teknologi ekstrem, yang terdiri dari:
- Dua “blind” detektor berbentuk L dengan ruang vakum sepanjang 4 km.
- Dibangun terpisah dalam jarak 3.000 kilometer dan beroperasi serempak.
- Mampu mengukur pergerakan benda yang 10.000 kali lebih kecil daripada inti atom (ukuran terkecil yang pernah diupayakan oleh sains).
- Dibangun sebagai upaya untuk mengetahui fenomena paling ganas dan paling dahsyat di alam semesta.
- Mendeteksi gelombang gravitasi dalam rentang jarak jutaan atau miliaran tahun cahaya.
Beberapa fakta rekayasa teknik LIGO yang
paling luar biasa tercantum di bawah ini.
Paling sensitif: LIGO dirancang untuk mendeteksi
perubahan jarak di antara lensa-lensanya 1/10.000 lebar proton! Setara dengan mengukur
jarak bintang terdekat dengan akurasi yang lebih kecil daripada lebar sehelai rambut
manusia!
Ruang vakum (hampa udara) terbesar kedua di
dunia: Terbungkus di dalam tabung dengan volume 10.000 m3, setiap ruang vakum
membungkus volume setara dengan 11 pesawat komersil Boeing 747-400. Udara yang
dikeluarkan dari setiap ruang vakum dapat mengembang setara dengan
1,8 juta bola sepak! Volume vakum LIGO hanya dilampaui oleh Large Hadron
Collider di Swiss.
Tekanan vakum ultra tinggi: Tekanan di dalam tabung
vakum LIGO adalah satu/triliun atmosfer (dalam istilah sains, yaitu 10 pangkat minus 9
torr). Membutuhkan waktu 40 hari (1.100 jam) untuk menghilangkan keseluruhan
volume seluas 10.000 m3 udara dan gas-gas residu lainnya dari setiap ruang
vakum LIGO untuk mencapai tekanan udara satu/triliun atmosfer.
Tekanan udara di tabung vakum: 155 juta kg tekanan
udara ke setiap tabung vakum sepanjang 4 km. Hebatnya lagi, tabung baja yang
menahan semua udara hanya setebal 3 mm.
Kelengkungan Bumi: Lengan LIGO begitu panjang
sehingga kelengkungan buminya adalah 1 meter (vertikal) sepanjang 4 km dari panjang
masing-masing lengan. Teknik penempatan secara akurat sangat diperlukan untuk
tingkat kelengkungan ini dan memastikan bahwa ruang vakum LIGO, akan tetap "datar"
dan sejajar (mengingat panjangnya lengan). Tanpa rekayasa ini, laser LIGO akan
menyentuh ujung masing-masing lengan 1 m di atas lensa yang seharusnya
dipantulkan!
Fasilitas Penelitian Seluruh Negara
 |
| Lengan LIGO Hanford membentang di padang pasir Washington. (Kredit: Kim Fetrow/Imageworks) |
Meskipun dianggap sebagai satu observatorium,
LIGO terdiri dari empat fasilitas individu di seluruh Amerika Serikat: dua
detektor gelombang gravitasi (interferometer) dan dua pusat penelitian Universitas.
Interferometer berada di daerah yang cukup terpencil di Washington (LIGO
Hanford) dan Louisiana (LIGO Livingston), dipisahkan dalam jarak 3.002 km.
Dua pusat penelitian utama berlokasi di Caltech di Pasadena, California, dan di
MIT di Cambridge, Massachusetts.
Situs detektor yang berada di dua lokasi
berbeda yaitu di Hanford dan Livingston adalah rumah bagi interferometer yang
menjadikan LIGO sebuah "observatorium". Sekitar 40 orang bekerja di masing-masing
lokasi observatorium, termasuk insinyur, teknisi, dan ilmuwan yang menjaga agar
instrumen tetap beroperasi, memantau sistem vakum dan sistem komputer
sepanjang waktu. Staf administrasi dan bisnis juga hadir, seperti juga para profesional
di bidang edukasi dan penjangkauan publik yang menyelenggarakan tur bagi publik,
memfasilitasi kunjungan lapangan untuk siswa lokal dan mengatur acara publik
secara berkala.
Sebagai institusi akademis dan penelitian
utama dengan laboratorium dan fasilitas kelas dunia, Caltech dan MIT adalah markas
bagi para insinyur LIGO yang menghabiskan hari-hari mereka untuk memperbaiki sensitivitas dan stabilitas LIGO. Bersama para fisikawan dan
astrofisikawan yang berusaha memahami sifat fenomena fisik yang
menghasilkan gelombang gravitasi, tugas penting ini tetap berlangsung hingga saat ini.
Saat dalam mode "observasi", masing-masing
detektor di dua lokasi berbeda, yaitu di Hanford dan Livingston, mengumpulkan
data secara serempak, beroperasi sebagai sebuah observatorium tunggal.
Koordinasi mereka mendukung kemampuan LIGO dalam memverifikasi gelombang gravitasi dan terbukti telah mengkonfirmasi deteksi pertama gelombang gravitasi yang dipancarkan oleh dua lubang hitam
yang bertabrakan dan bergabung menjadi satu, terletak hampir 1,3
miliar tahun cahaya dari Bumi.
 |
| Sebuah sudut di observatorium LIGO di Livingston. Setiap lengan memanjang 4 km dari titik ini. (Kredit: W. Katzman/LIGO) |
#terimakasihgoogle
Komentar
Posting Komentar