Tarian Kosmik dari Tiga Bintang Mati Bisa Mematahkan Relativitas

Sebuah tantangan fundamental bagi relativitas

Bayangkan Anda adalah seorang astronom dengan gagasan cemerlang tentang hukum-hukum tersembunyi dari kosmos (alam semesta). Seperti ilmuwan yang baik lainnya, Anda akan merancang sebuah eksperimen untuk menguji hipotesis.

Lalu datang kabar buruk, tidak ada cara untuk melakukannya, kecuali mungkin dalam simulasi komputer. Benda-benda kosmik terlalu masif dan terlalu besar untuk kita tempatkan di piringan petri atau piringan kaca silinder yang biasa dipakai untuk penelitian, atau untuk dihancurkan seperti yang dilakukan para peneliti terhadap partikel subatomik.

Untungnya, ada tempat-tempat langka di ruang angkasa di mana alam telah menggabungkan eksperimennya sendiri, seperti PSR J0337+1715. Pertama kali diobservasi pada tahun 2012 dan diumumkan pada tahun 2014, sistem bintang triple ini terletak 4.200 tahun cahaya di rasi bintang Taurus.

Ketiga bintang saling terbelit secara gravitasi, bagaikan melakukan "tarian balet" yang dapat mengkonfirmasi atau merevisi gagasan Einstein tentang ruang dan waktu. Taruhannya mahal. Pada tahun 1970-an, sebuah sistem yang terdiri dari dua bintang mati memberikan bukti kuat, meski tidak langsung, yang mendukung teori relativitas umum Einstein, dan bahwa gelombang gravitasi yang pada akhirnya ditemukan oleh LIGO sebenarnya memang eksis. Untuk hasil penelitian tersebut, para periset akhirnya mendapatkan Hadiah Nobel.

Sejak mengumumkan sistem bintang triple, para penemunya telah menjaga proses kemajuan penelitian mereka. Dan tak ada salahnya untuk mengujinya.

"Berteriak Terang"

Untuk memahami PSR J0337+1715 sebagai laboratorium percobaan, ada baiknya untuk memahaminya sebagai tempat fisik. Dari pusat sistem, ada bintang katai putih dingin yang terpisah sekitar jarak Bumi-Matahari. Selanjutnya, ada lagi bintang katai putih yang lebih panas yang akan "berteriak terang" di langit, kata penanggung jawab studi, Scott Ransom dari Observatorium Astronomi Radio Nasional di Virginia.

Setiap 1,6 hari, katai putih terdalam berputar mengelilingi bintang pusat yang tak bisa diamati dalam panjang gelombang cahaya kasat mata. Tapi, dalam visi sinar-X atau sinar gamma, dua katai putih lainnya akan terlihat lemah dibandingkan bintang pusat, objek berbentuk bola selebar 24 kilometer dengan massa hampir 1,5 kali massa Matahari.

Pusat sistem bintang triple ini adalah pulsar, bintang neutron yang berotasi sangat cepat, "jenazah" bintang masif yang mengakhiri kehidupannya secara dramatis melalui ledakan supernova. Seperti pirouettes (gerakan berputar cepat dalam tarian balet) atau tarian sufi, pulsar berotasi setiap 2,73 milidetik. Setiap rotasi memancarkan berkas cahaya ke seluruh kosmos seperti lampu mercusuar. Berkas cahaya sampai ke Bumi secara periodik, berarti para astronom dapat menjadikannya sebagai jam kosmik yang sangat akurat. Mengingat medan magnet ketiga objek ini sangat kuat, apalagi kita memiliki jam untuk mengukurnya, menguji teori Einstein adalah permainan yang cukup sportif.

Tim astronom telah menghitung waktu denyut pulsar, melacak bagaimana orbit ketiga bintang berubah, dan membandingkan hasilnya dengan apa yang diprediksi oleh teori Einstein.

Pikirkan tentang cerita apokrif Galileo di Menara Miring Pisa, yang menjatuhkan objek-objek untuk menunjukkan bahwa massa yang berbeda membutuhkan waktu yang sama untuk jatuh dari jarak yang sama, atau astronot David Scott yang mencoba eksperimen di bulan dengan bulu dan palu.

Apokrif adalah karya, biasanya ditulis, tidak diketahui kepengarangan atau asal-usul yang diragukan.

Relativitas umum yang disebut prinsip ekuivalensi adalah perpanjangan dari gagasan ini, yang memprediksi objek dengan medan gravitasi kuat, juga harus merespons gaya gravitasi dengan cara yang sama sebagaimana objek-objek lainnya.

Seperti bulu dan palu, katai putih terdalam dan pulsar yang jauh lebih masif, juga memberikan respon serupa di bawah tarikan gravitasi katai putih terluar. Jika tidak, orbit pasangan terdalam akan berbentuk lebih elips dan bertentangan dengan prinsip ekuivalensi, sehingga teori relativitas umum salah.

Hasil studi bisa saja sangat mengejutkan. Tapi, relativitas umum tidak menjadi teori legendaris begitu saja. Relativitas umum dianggap mampu berhubungan dengan teori alam semesta yang digagas oleh ilmuwan lain.

"Pada dasarnya, setiap teori gravitasi selain relativitas umum selalu memprediksi prinsip ekuivalensi yang gagal pada tingkat-tingkat tertentu," kata Ransom.

Pada konferensi pulsar yang diselenggarakan pada bulan September di Inggris, tim yang dipimpin oleh Ransom berharap untuk mengumumkan hasil studi yang dipimpin oleh postdoctoral Anne Archibald, yang akan menguji prinsip ekuivalensi 50 hingga 100 kali lebih baik daripada sebelumnya. Namun mereka belum melakukannya, kata Ransom, karena mereka perlu untuk menganalisis kembali beberapa pola dalam data yang tampaknya melanggar prinsip ekuivalensi.

“Jelas merupakan perkara yang tidak bisa dianggap enteng, jadi kami ingin benar-benar memastikan bahwa kami telah memahami data,” kata Ransom. Saat ini, komputer masih terus dijalankan untuk melakukan analisis.

Saya kemudian bertanya kepada Ransom, bagaimana peluang semua peserta akan panik saat Anda datang membawa makalah studi?

“Kebanyakan ilmuwan meyakini prinsip ekuivalensi begitu kokoh dan tidak akan gagal hanya pada tingkatan ini,” katanya. “Inilah salah satu alasan mengapa kami terus bekerja keras.”

Mungkin PSR J0337+1715 akan menjadi eksperimen kosmik yang sempurna, ketika teori relativitas umum benar-benar dipatahkan, tidak hanya di selembar kertas persamaan atau dalam simulasi. Atau mungkin kita harus terus menunggu.

Ditulis oleh: Joshua Sokol, www.newscientist.com

Sumber: The cosmic dance of three dead stars could break relativity

#terimakasihgoogle