Sejak LIGO menemukan gelombang gravitasi—riak di ruang-waktu—detektor di Amerika Serikat itu sudah menangkap ratusan sinyal dari penggabungan lubang hitam. Setelah sepuluh tahun mempelajari gelombang gravitasi, para peneliti percaya bahwa sebagian besar lubang hitam mungkin berasal dari reaksi berantai di alam semesta.
Sebuah penelitian baru di jurnal Physical Review Letters membahas analisis 155 pasang lubang hitam biner, yang ditemukan oleh LIGO, Virgo, dan KAGRA. Menurut studi ini, sekitar 14% dari lubang hitam yang bergabung mungkin adalah "lubang hitam generasi kedua," yaitu lubang hitam yang terbentuk dari penggabungan dua lubang hitam yang lebih kecil sebelumnya. Cerita "bertingkat" ini sangat berbeda dari penjelasan umum tentang bagaimana lubang hitam lahir dari ledakan bintang.
“Secara keseluruhan di alam semesta, lubang hitam terus bergabung setiap saat,” kata Cailin Plunkett, penulis utama studi ini dan mahasiswa pascasarjana di MIT, kepada MIT News. “Sekarang kita melihat gambaran yang cukup konsisten, di mana ada persentase yang lumayan dari lubang hitam yang berasal dari jalur berulang ini.”
Gelombang gravitasi yang sampai ke detektor di Bumi biasanya berasal dari peristiwa yang sangat dahsyat. Selama bertahun-tahun, LIGO sudah menangkap sinyal yang membingungkan. Misalnya, musim panas lalu mereka menemukan penggabungan lubang hitam terbesar yang pernah tercatat—dan yang lebih aneh lagi, lubang hitam yang bergabung itu berada di "zona mati" kosmik untuk lubang hitam.
Zona ini merujuk pada rentang massa lubang hitam di mana secara fisik lubang hitam tidak bisa terbentuk dari keruntuhan bintang biasa. Dari penemuan ini, para astronom sadar betapa sedikitnya yang mereka ketahui tentang lubang hitam. Jadi, tidak mengherankan jika katalog sinyal gravitasi LIGO yang terus bertambah memberikan wawasan baru tentang lubang hitam.
“Semakin jelas, baik dari peristiwa individu maupun analisis populasi, bahwa lubang hitam masif memang ada dalam rentang ini,” tulis para peneliti dalam makalah terbaru. “Pengamatan ini mendorong penyelidikan lebih lanjut tentang mekanisme yang bisa mengisi celah ini.”
Penelitian terbaru ini adalah salah satu penyelidikan tersebut. Saat dua lubang hitam bergabung, mereka saling mendekat di satu bidang orbit. Jika putaran salah satu atau kedua lubang hitam tidak sejajar, bidang orbitnya bisa bergoyang. Tingkat goyangan ini bisa dipakai untuk mengukur massa dan putaran lubang hitam yang bergabung.
Salah satu tanda penggabungan bertingkat adalah bentuknya yang "timpang," artinya salah satu lubang hitam punya putaran dan massa yang jauh lebih besar. Tim peneliti membuat model analitik untuk menangkap jenis goyangan yang mungkin muncul pada lubang hitam generasi kedua. Sekitar 14% lubang hitam yang bergabung mengikuti pola ini, dan lubang hitam generasi kedua yang ditemukan punya rentang massa yang spesifik, sekitar 20 massa matahari atau 40 massa matahari ke atas.
Sebenarnya, itu mungkin tidak terdengar banyak. Tapi ini menunjukkan bahwa sebagian besar lubang hitam yang dikenal memang mengikuti pola ini. Para peneliti menduga penggabungan bertingkat terjadi di lingkungan bintang yang padat. Sederhananya, jika banyak bintang tetangga mati dan runtuh menjadi lubang hitam, lingkungan yang padat memudahkan lubang hitam itu saling bertemu dan bergabung. Ini bisa berulang, secara teori, tanpa batas, karena banyak sekali bintang dan lubang hitam di lingkungan yang sangat padat.
Tapi misteri berikutnya adalah tentang lubang hitam di atas 40 massa matahari, yang bertepatan dengan "zona mati" untuk massa lubang hitam. Menurut teori evolusi bintang, lubang hitam yang lahir dari supernova seharusnya tidak menghasilkan lubang hitam di atas 45 massa matahari, jelas Plunkett.
“Tapi kita sudah melihat lubang hitam yang sebesar itu,” katanya. “Pertanyaannya: dari mana asalnya?”
Sulit untuk mengatakan kapan kita akan mendapat jawaban. Tapi satu hal jelas: lubang hitam jauh lebih aneh dari yang pernah kita bayangkan.