Bintang yang Mengorbit Lubang Hitam Buktikan Kebenaran Teori Einstein

Ilustrasi tiga bintang yang mengorbit sangat dekat dengan lubang hitam supermasif di pusat Bima Sakti.
Kredit: ESO/M. Parsa/L. Calçada

Sekitar 26.000 tahun cahaya dari Bumi, bersemayam sebuah lubang hitam supermasif yang diberi nama Sagitarius A* di pusat galaksi Bima Sakti. Dengan radius 44 juta kilometer, monster kosmik ini mengandung bobot 4 juta kali lipat lebih masif daripada Matahari kita dan mempunyai gaya gravitasi yang sangat luar biasa. Karena tidak bisa mendeteksi secara langsung, eksistensi lubang hitam diungkap oleh para astronom melalui efek yang dihasilkan oleh lubang hitam terhadap sekelompok kecil bintang yang mengorbitnya.

Metode ini justru sangat efektif untuk menguji teori gravitasi. Misalnya, dalam mengamati bintang-bintang ini, satu tim internasional yang terdiri dari para astronom dari Jerman dan Ceko, mencatat efek halus yang disebabkan oleh gravitasi lubang hitam. Dengan begitu, mereka sekali lagi dapat mengkonfirmasi beberapa prediksi yang digagas teori Relativitas Umum legendaris.

Makalah studi mereka yang berjudul "Investigating the Relativistic Motion of the Stars Near the Supermassive Black Hole in the Galactic Center" telah dipublikasikan di Astrophysical Journal. Sebagaimana ditunjukkan di sepanjang jalur orbit bintang, tim menerapkan teknik analisis terbaru dari arsip data yang dikumpulkan oleh Very Large Telescope (VLT) milik European Southern Observatory (ESO) dan jajaran teleskop antariksa lainnya selama 20 tahun terakhir.

Dari situ, mereka mengukur orbit bintang yang mengelilingi Sagitarius A* untuk menguji prediksi teori fisika klasik Newtonian, gravitasi universal dan prediksi relativitas umum. Apa yang mereka temukan menunjukkan penyimpangan orbit salah satu bintang (S2), yang menentang teori pertama, namun sesuai dengan teori kedua.

Bintang yang diberi kode S2, memiliki 15 kali massa Matahari kita dan mengikuti orbit elips di sekitar lubang hitam supermasif serta menyelesaikan satu kali orbit sekitar 15,6 tahun sekali. Pada titik terdekat, S2 bisa terpisah hanya dalam jarak 17 jam cahaya dari lubang hitam, setara dengan 120 kali jarak Bumi-Matahari (120 AU). Intinya, tim mencatat S2 memiliki orbit paling elips daripada bintang-bintang lain yang mengorbit lubang hitam supermasif.

Ilustrasi orbit S2 yang mengelilingi lubang hitam supermasif di pusat Bima Sakti.
Kredit: ESO/M. Parsa/L. Calçada

Mereka juga mencatat beberapa persen perubahan bentuk orbit sekitar seperenam derajat orientasi orbit. Perubahan orbit hanya dapat dijelaskan karena efek relativistik yang disebabkan oleh gravitasi intens Sagitarius A*, yang menyebabkan presesi (pergerakan lebih lambat sumbu rotasi bintang) pada orbitnya. Berarti titik perihelion orbit elips S2 mengelilingi lubang hitam supermasif mengarah ke arah yang berbeda dari waktu ke waktu.

Yang menarik, efek serupa juga diamati di orbit Merkurius yang disebut "presesi perihelion Merkurius," selama akhir abad ke-19. Observasi ini menantang mekanika Newtonian klasik dan membuat para ilmuwan menyimpulkan teori gravitasi Newton kurang lengkap. Hal ini jugalah yang mendorong Einstein mengembangkan teori Relativitas Umum untuk menawarkan penjelasan memadai terhadap permasalahan ini.

Jika hasil studi dikonfirmasi, maka akan menjadi yang pertama kalinya efek relativitas umum dihitung secara akurat menggunakan bintang-bintang yang mengorbit lubang hitam supermasif. Penulis utama makalah studi Marzieh Parsa, seorang mahasiswa PhD dari Universitas Cologne di Jerman, sangat senang dengan hasil ini. Parsa menyatakan kegembiraanya dalam rilis pers ESO:

"Pusat galaksi adalah laboratorium terbaik untuk mempelajari pergerakan bintang pada ranah relativistik. Saya kagum dengan seberapa baik kita menerapkan metode simulasi yang kita kembangkan ke dalam data presisi tinggi untuk bintang berkecepatan tinggi di dekat lubang hitam supermasif."

Berkat keakuratan instrumen VLT, khususnya optik adaptif kamera NACO dan spektrometer inframerah-dekat SINFONI, hasil studi dapat dicapai. Instrumen-instrumen ini sangat vital dalam melacak pergerakan bintang ketika mendekati dan menjauhi lubang hitam, memungkinkan tim untuk menentukan secara tepat bentuk orbitnya dan dengan demikian menentukan efek relativistik bintang.

Selain tambahan informasi yang lebih tepat tentang orbit bintang S2, analisis tim juga memberikan perkiraan baru massa dan jarak Sagitarius A* secara lebih akurat. Sekaligus membuka jalan baru untuk penelitian lubang hitam supermasif lainnya, termasuk eksperimen tambahan yang dapat membantu para ilmuwan untuk belajar lebih banyak tentang fisika gravitasi.

Hasil studi juga memberikan pratinjau pengukuran dan eksperimen yang akan dilakukan tahun depan. Pada tahun 2018, bintang S2 akan semakin mendekati Sagitarius A*. Para ilmuwan dari seluruh dunia akan memanfaatkan momen ini untuk menguji GRAVITY, instrumen generasi kedua yang baru saja dipasang di Very Large Telescope Interferometer (VLTI).

Dikembangkan oleh sebuah konsorsium internasional yang dipimpin oleh Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, GRAVITY telah melakukan observasi di wilayah pusat galaksi sejak tahun 2016. Pada tahun 2018, GRAVITY akan digunakan untuk mengukur orbit bintang S2 dengan presisi yang lebih tinggi dan diharapkan dapat mengungkap lebih banyak lagi temuan. Pada saat itu, para ilmuwan akan melakukan pengukuran tambahan terhadap efek relativistik umum lubang hitam supermasif.

Selain itu, mereka juga berharap dapat mendeteksi penyimpangan tambahan pada orbit bintang yang bisa mengisyaratkan lahirnya teori Fisika baru! Instrumen tepat yang diarahkan ke tempat yang tepat pada waktu yang tepat, mungkin akan mengantar para ilmuwan ke penemuan-penemuan baru, atau bahkan membuktikan teori gravitasi Einstein tidak sepenuhnya lengkap. Tapi untuk saat ini fisikawan teoritis cerdas dari masa lalu itu ternyata benar lagi.

Sumber: Stars orbiting supermassive black hole show Einstein was right again

#terimakasihgoogle