Sejak Albert Einstein memprediksi keberadaan gelombang gravitasi pada tahun 1916, para ilmuwan telah berusaha keras untuk mendeteksi “riak” halus dalam ruang-waktu itu. Deteksi langsung pertama kali terjadi pada 2015 melalui LIGO, yang menangkap gelombang gravitasi dari tumbukan dua lubang hitam. Penemuan itu menjadi tonggak bersejarah.
Namun, gelombang gravitasi datang dalam berbagai bentuk. Ada yang frekuensinya tinggi, seperti dari tabrakan lubang hitam atau bintang neutron. Ada pula yang sangat rendah frekuensinya, begitu rendah sehingga periodenya bisa mencapai tahun. Gelombang super panjang inilah yang membentuk latar belakang gelombang gravitasi kosmik (stochastic gravitational wave background). Untuk mendeteksinya, ilmuwan memanfaatkan pulsar timing arrays (PTA): jaringan pulsar yang diamati seperti jam kosmik super akurat.
Baca juga artikel tentang: Menembus Batas Berbicara: Penemuan Baru dalam Memahami Pengaruh Kerusakan Otak pada Kemampuan Berbicara dan Harapan untuk Terapi Baru
Apa Itu Kurva Hellings-Downs?
Di sinilah muncul konsep Hellings-Downs curve (HD curve). Pada 1983, dua fisikawan, Ronald Hellings dan George Downs, merancang cara untuk mengenali tanda khas gelombang gravitasi dalam data pulsar. Jika ada latar belakang gelombang gravitasi kosmik, maka variasi kecil dalam ketukan pulsar akan saling berkorelasi mengikuti pola tertentu. Pola inilah yang disebut kurva Hellings-Downs.
Analogi sederhananya begini: bayangkan Anda mendengar banyak jam berdetak di ruangan yang sama. Jika lantai ruangan bergetar pelan, semua jam akan sedikit “keliru” secara serempak sesuai pola tertentu. Dengan mengukur hubungan korelasi di antara jam-jam itu, Anda bisa tahu bahwa getaran itu nyata, bukan sekadar kebetulan.
Tantangan: Variansi Kosmik
Masalahnya, data yang diperoleh dari pulsar tidak selalu sempurna. Ada “kebisingan kosmik” atau cosmic variance, yakni variasi statistik alami yang muncul karena jumlah sumber yang terbatas. Dalam eksperimen pengamatan radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB), variansi kosmik ini menjadi batas fundamental: kita tidak bisa melihat “lebih dari satu” alam semesta untuk mengurangi kebisingannya.
Selama ini, sebagian ilmuwan menganggap variansi kosmik juga menjadi batas tak terhindarkan dalam pengukuran kurva Hellings-Downs. Tetapi penelitian terbaru dari Cyril Pitrou dan Giulia Cusin yang terbit di Physical Review D tahun 2025 menunjukkan bahwa anggapan itu tidak sepenuhnya benar.
Analogi dengan CMB: Dari Cahaya ke Gelombang Gravitasi
Pitrou dan Cusin menggunakan pendekatan yang mirip dengan analisis CMB. Pada CMB, ilmuwan mempelajari fluktuasi suhu yang terekam di seluruh langit. Dengan alat matematis khusus, mereka bisa menghitung korelasi antar titik. Nah, teknik serupa kini diterapkan pada data pulsar untuk memahami pola Hellings-Downs.
Mereka menemukan bahwa, tidak seperti pada CMB, variansi kosmik di sini bukan batas keras. Dengan kata lain, jika kita menambah jumlah pulsar yang dimonitor atau memperpanjang waktu pengamatan, tingkat kebisingan bisa ditekan. Semakin lama kita mendengarkan “detak jam kosmik” ini, semakin jelas pola HD curve akan muncul.
Bagaimana Cara Mengurangi Kebisingan?
Para peneliti memodelkan dua situasi:
- Eksperimen sempurna – di mana semua data pulsar bebas dari gangguan.
- Eksperimen realistis – di mana ada kebisingan tambahan dari instrumen dan kondisi lingkungan.
Dalam kedua kasus, mereka menunjukkan bahwa akumulasi waktu pengamatan dan peningkatan jumlah pulsar yang dipantau bisa secara signifikan mengurangi variansi. Bahkan, dengan sekitar 200 pulsar yang dipantau selama 25 tahun, HD curve dapat diukur dengan presisi hingga multipol tertentu (ℓ ≈ 4).
Dengan kata lain, waktu dan kesabaran adalah kunci.
Mengintip Alam Semesta Awal
Mengapa semua ini penting? Karena pola Hellings-Downs adalah sidik jari kosmik dari latar belakang gelombang gravitasi. Jika kita bisa mengukurnya dengan tepat, kita berpeluang mengintip kondisi ekstrem alam semesta awal, bahkan jauh sebelum terbentuknya bintang pertama.
Pitrou dan Cusin juga menyoroti bahwa bila spektrum awal fluktuasi tensor (riakan gravitasi primordial) sangat “biru” atau curam, maka CMB sendiri juga akan menunjukkan pola HD curve. Artinya, deteksi ini bisa menjadi jembatan antara studi CMB dan gelombang gravitasi, dua hal berbeda menuju masa awal kosmos.
Implikasi Lebih Lanjut
Temuan ini membawa optimisme besar bagi jaringan observasi pulsar global seperti NANOGrav (di Amerika Serikat), EPTA (Eropa), PPTA (Australia), dan konsorsium internasional IPTA. Dengan teleskop generasi baru seperti SKA (Square Kilometre Array), jumlah pulsar yang bisa dipantau akan melonjak drastis, sehingga peluang mengungkap HD curve semakin besar.
Jika berhasil, ini akan membuka bab baru dalam kosmologi: kita tidak hanya mengamati cahaya kuno (CMB), tapi juga “musik gravitasi” dari awal waktu.
Penelitian Pitrou dan Cusin menegaskan bahwa “kebisingan kosmik” dalam kurva Hellings-Downs bukanlah hambatan mutlak. Justru, ia bisa diatasi dengan kesabaran ilmiah, mengumpulkan data lebih lama dan dari lebih banyak pulsar.
Seperti menyusun orkestra dari ratusan jam kosmik di langit, para ilmuwan kini tengah menunggu irama halus yang akan mengungkap rahasia terdalam alam semesta. Jika cahaya kosmik (CMB) memberi kita foto bayi alam semesta, maka gelombang gravitasi kosmik bisa menjadi rekaman suara masa kecilnya.
Dengan demikian, kita mungkin sedang berada di ambang era baru: kosmologi gravitasi, di mana semesta tak hanya terlihat, tetapi juga terdengar melalui getaran ruang-waktu itu sendiri.
Baca juga artikel tentang: Kamera 3,2 Gigapiksel di Teleskop Rubin: Tonggak Baru dalam Observasi Alam Semesta
REFERENSI:
Pitrou, Cyril & Cusin, Giulia. 2025. Mitigating cosmic variance in the Hellings-Downs curve: A cosmic microwave background analogy. Physical Review D 111 (8), 083544.
