Yoshinta E. Setyawati: Fisikawati di Balik Penemuan Gelombang Gravitasi

path-2015-07-09-18_19

Pada Februari 2016 yang lalu, kolaborasi LIGO-VIRGO mengumumkan pengamatan gelombang gravitasi. Pengamatan tersebut membuktikan prediksi teori relativitas yang 101 tahun lalu dikemukakan oleh Einstein. Pengamatan ini sangat sukar, bahkan Einstein sendiri meramalkan bahwa gelombang gravitasi tidak akan pernah teramati. Namun yang membanggakan adalah salah satu putri terbaik Indonesia turut bergabung dalam kolaborasi ini.

Yoshinta E. Setyawati adalah alumnus Fisika Universitas Katolik Parahyangan, Bandung yang sekarang menempuh S2 di Radboud, Belanda. Topik risetnya saat ini membuat ia tergabung ke dalam ke dalam kolaborasi LIGO-VIRGO. Namanya tercantum ke dalam penulis paper monumental yang dimuat di jurnal Physical Review Letters. Berikut ini petikan wawancara kami dengan Yoshinta.

Apa itu gelombang gravitasi?
Menurut teori relativitas umum, massa dapat melengkungkan ruang waktu di sekitarnya. Semakin besar massa suatu benda semakin melengkung ruang waktu di sekitarnya. Gravitasi adalah hasil dari kelengkungan ruang waktu yang dideskripsikan Einstein.
Apabila ada dua benda yang bermassa sangat besar, misalnya lubang hitam atau bintang  neutron, maka ruang-waktu di sekitarnya akan melengkung dengan ekstrim. Jika keduanya saling mengorbit, kita akan mendapati adanya gelombang gravitasi sebagai akibat dari momen kuadrupol. Analoginya seperti dua buah batu yang dilemparkan ke air dan mengakibatkan gelombang di sekitarnya. Gelombang gravitasi adalah gelombang dari ruang-waktu itu sendiri. Apabila gelombang gravitasi melewati satu tempat, maka jarak antara dua titik di lokasi itu akan memanjang di satu sisi dan memendek di sisi lain secara periodik.

Bagaimana cara LIGO mendeteksi gelombang gravitasi?

LIGO memanfaatkan sifat gelombang gravitasi yang dapat memendekkan atau memanjangkan jarak dua titik. Namun, perbedaan panjang yang harus dideteksi LIGO sangat kecil, yakni 1/1000 diameter proton.
Agar dapat mengukur perbedaan panjang yang sangat kecil ini, LIGO menggunakan prinsip interferometer Michelson. Pada LIGO, sinar laser ditembak dari sumbernya dan dipecah di kedua lengan dengan panjang 4 km yang tegak lurus satu sama lain. Sinar laser ini kemudian dipantulkan berulang kali lalu digabungkan di detektor. Apabila tidak ada gelombang gravitasi, sinar laser dari kedua lengan akan saling meniadakan di detektor. Namun, beda halnya jika gelombang gravitasi melewati LIGO. Karena panjang yang ditempuh oleh lengan yang satu berbeda dengan lengan lainnya, maka sinar laser dari kedua lengan tidak lagi saling meniadakan.
Ada dua lokasi eksperimen LIGO di Amerika Serikat yakni Hanford dan Livingston yang berjarak 3002 km satu sama lain. Dua lokasi eksperimen LIGO ini didirikan untuk memastikan bahwa yang terdeteksi adalah benar-benar gelombang gravitasi. Jika kita mendeteksi gelombang di satu lokasi, maka gelombang gravitasi yang sama harus terdeteksi di lokasi lainnya sebelum 10 ms. LIGO juga akan membangun LIGO India dan sedang berkolaborasi dengan VIRGO di Eropa.
Pada 14 September, 2015, LIGO sedang beroperasi dan mendeteksi adanya sinyal di kedua lokasi (Hanford, Livingston). Lalu, tim menganalisis data yang didapat untuk mengecek apakah benar-benar terdeteksi sinyal gelombang gravitasi. Hasil dari pengecekan itu adalah bahwa sinyal tersebut berasal dari dua buah lubang hitam dengan massa 36 dan 29 kali massa matahari yang saling mengelilingi satu sama lain. Jarak sistem lubang hitam tersebut sekitar 410 Mpc (1336 juta tahun cahaya) dari bumi. Kedua lubang hitam ini kemudian bergabung menjadi satu lubang hitam dengan massa 62 kali massa matahari. Sisa penjumlahan massa, yakni tiga kali massa matahari teradiasi menjadi gelombang gravitasi. Dalam analisis tersebut, profil gelombangnya sesuai dengan teori dan model konfigurasi lubang hitam Kerr sebagai hasil dari penggabungan.
Dari berbagai hasil analisis, tim LIGO mempunyai keyakinan yang sangat tinggi bahwa ini berasal dari gelombang gravitasi.

Bagaimana perjalanan fisika anda sehingga anda tertarik untuk melakukan riset di LIGO?
Ketika belajar Fisika di Universitas Katolik Parahyangan, saya tertarik pada astrofisika dan teori relativitas Einstein. Setelah sempat bekerja selama beberapa tahun, saya akhirnya mendapat kesempatan melanjutkan studi Master Particle & Astrophysics di Radboud University, Belanda dengan bantuan beasiswa LPDP. Topik riset gelombang gravitasi sangat menarik perhatian saya karena berkaitan dengan minat saya selama S1 dahulu. Karenanya, saya bergabung dalam grup penelitian gelombang gravitasi di universitas saya dan masuk dalam LIGO-VIRGO Collaboration (LVC).

Peran apa yang anda lakukan di LVC?

Peran saya adalah menjembatani prediksi teori dengan data. Saat ini, saya mempelajari persamaan keadaan, yakni hubungan antara tekanan dan massa jenis dari bintang neutron. Hal ini berhubungan dengan momen kuadrupole dan efek tidal dari gelombang gravitasi yang diamati oleh LIGO. Salah satu misi grup kami adalah melakukan strategi dan tindak lanjut setelah deteksi gelombang gravitasi. Namun demikian, saya tergolong baru dan masih harus banyak belajar dengan para ahli di grup kami.

Pengalaman/wawasan apa yang didapat selama bergabung dengan LIGO?
Pengalaman bekerja dalam kolaborasi internasional. Di sana saya bertemu dengan berbagai orang dari banyak negara di dunia. Ada yang sudah professor, ada yang masih mahasiswa seperti saya. Saya belajar banyak hal dalam pendeteksian gelombang dan tindak lanjutnya, yang memperkaya pengetahuan dan keahlian saya. Dalam kolaborasi ini, kami menggabungkan teori, teknik, dan simulasi. Saat ini, saya merasa beruntung dapat ikut bergabung dalam kolaborasi ini pada tempat dan waktu yang tepat. Dari pengalaman ini, saya juga belajar bahwa peran pemerintah sangat penting dalam keberlangsungan pendanaan riset fundamental seperti LVC.

Apa pentingnya penelitian gelombang gravitasi? Baik bagi dunia maupun Indonesia?
Penelitian tentang gelombang gravitasi sangat mendasar dalam sains, terutama di fisika partikel dan astrofisika, antara lain sebagai tes teori relativitas umum, membuka era astronomi baru, pembuktian adanya graviton, dan berbagai peran dalam penelitian fisika bintang. Pendeteksian gelombang membuka era astronomi baru untuk mempelajari alam semesta dengan bentuk gelombang ruang-waktu, tidak hanya melalui gelombang elektromagnetik saja. Gelombang gravitasi juga dapat digunakan untuk mempelajari hal-hal yang terjadi di alam semesta pada masa lalu dan untuk membuktikan beberapa teori fundamental lainnya.

Menurut saya, sains adalah akar dari ilmu, dan penelitiannya bermaksud untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan dasar umat manusia seperti apa yang terjadi di alam semesta, dan tentang berbagai obyek astronomi lainnya. Sebagai bagian dari umat manusia di dunia, kita (Indonesia) pun seharusnya ikut bahagia karena satu misteri alam semesta terungkap. Untuk aplikasinya saat ini mungkin belum ada, tapi di kemudian hari mungkin bisa diaplikasikan dalam kehidupan. Seperti sewaktu Einstein mempostulatkan teori relativitas umumnya yang terkenal, mungkin kita bertanya-tanya apa gunanya teorema yang terlihat matematis itu. Namun sekarang teori relativitas digunakan dalam sistem navigasi (GPS), dan tentu berguna bagi masyarakat dunia dan Indonesia.

 

-RP

X