Teori relativitas lulus tes pada pulsar

Teori relativitas umum Albert Einstein terus bertahan dari semua ujian. Menggunakan sistem bintang biner ekstrim – dua bintang neutron yang berputar cepat yang mengorbit satu sama lain dalam orbit sempit – tim peneliti internasional memeriksa tujuh fenomena yang diprediksi oleh teori relativitas, beberapa di antaranya untuk pertama kalinya. Teori Einstein setuju dengan pengamatan dengan akurasi 99,99%, menurut para ilmuwan dalam jurnal “Physical Review X”.

“Kami melihat sistem bintang dua dengan kepadatan sangat tinggi, yang merupakan laboratorium unik untuk menguji teori gravitasi di hadapan medan gravitasi yang sangat kuat,” kata Michael Kramer dari Institut Max Planck untuk Radio Astronomi di Bonn, yang mengepalai ‘ tim. . Pada awal tahun 2003, anggota tim telah menemukan sistem unik dari dua pulsar radio. Selama total 16 tahun, para astronom telah menggunakan tujuh teleskop radio untuk mengamati radiasi pulsar dengan presisi tinggi untuk memverifikasi teori relativitas.

Selidiki efek relativistik

Pulsar adalah bintang neutron, sisa-sisa bintang yang meledak di mana materi sepadat inti atom. Dengan ukuran diameter hanya 15 mil, mereka mengandung massa sebanyak matahari kita. Banyak bintang neutron berputar dengan kecepatan tinggi dan memiliki medan magnet yang kuat. Bintang neutron semacam itu memancarkan cahaya dan radiasi radio yang berkerumun kuat di sepanjang sumbu utara-selatan medan magnet. Karena sumbu medan magnet dimiringkan relatif terhadap sumbu rotasi, berkas bergerombol ini menyapu ruang seperti kerucut mercusuar. Jika kerucut ini menabrak bumi saat berotasi, para astronom menerima pulsa radiasi reguler dari bintang neutron – itulah sebabnya benda langit ini dinamai.

Sistem PSR J0737-3039 yang dipelajari oleh Kramer dan timnya berjarak 2.400 tahun cahaya dari Bumi dan terdiri dari dua pulsar yang mengorbit dalam jarak satu juta kilometer satu sama lain hanya dalam 147 menit. Sebagai perbandingan: bumi berjarak 150 juta kilometer dari matahari. Salah satu pulsar berputar sangat cepat, sekitar 44 kali per detik, sedangkan pendamping termuda membutuhkan 2,8 detik untuk menyelesaikan satu putaran. Radiasi radio yang memancar dari dua objek menawarkan kesempatan unik sampai sekarang untuk mempelajari efek relativistik dalam kasus gerakan cepat dan gravitasi yang kuat.

Cahaya dibelokkan dengan sudut kecil

Para peneliti mampu mengukur kehilangan energi akibat radiasi gelombang gravitasi karena perubahan lambat dalam pulsa radiasi yang tiba di bumi. Mereka juga mampu menentukan perlambatan waktu di medan gravitasi pulsar dan mengamati pembelokan cahaya oleh gravitasi – yang terakhir untuk pertama kalinya dalam domain gravitasi tinggi, seperti yang ditunjukkan oleh para ilmuwan.

“Kami melihat untuk pertama kalinya bahwa cahaya tidak hanya tertunda karena kelengkungan ruang-waktu yang kuat di sekitar pendampingnya,” jelas Ingrid Stairs dari University of British Columbia di Vancouver, “tetapi bahwa cahaya juga tertunda oleh sudut kecil 0,04 derajat yang dapat kita buktikan. Belum pernah eksperimen seperti itu dilakukan dengan kelengkungan spatiotemporal yang begitu kuat.”

Mekanika kuantum dan teori relativitas

Tim juga mampu membuktikan apa yang disebut perihelion, rotasi lambat dari elips orbit. Fenomena ini sudah diketahui di tata surya kita dari orbit planet Merkurius – dan penjelasannya adalah salah satu keberhasilan besar pertama dari teori relativitas. Dalam kasus pulsar ganda, Kramer dan rekan-rekannya bahkan mampu melangkah lebih jauh: saat pulsar berputar dengan cepat, mereka “menarik” ruang-waktu lingkungan mereka, sehingga bisa dikatakan. Para peneliti juga dapat mendemonstrasikan efek lensa zoom ini dengan memutar orbit elips.

Ahli astrofisika melihat keberhasilan teori relativitas umum Einstein baru-baru ini, yang sekarang berusia lebih dari seratus tahun, dengan mata tertawa dan mata menangis. Akan jauh lebih menarik bagi para ilmuwan untuk menemukan penyimpangan dari prediksi teoretis, karena penyimpangan seperti itu dapat membuka jendela ke “fisika baru”. Pandangan hari ini tentang dunia fisik didasarkan pada dua pilar: mekanika kuantum dan teori relativitas. Tetapi kedua teori tersebut tidak benar-benar cocok satu sama lain – itulah mengapa para peneliti mencari “teori segalanya” yang lebih unggul. Namun, pulsar ganda PSR J0737-3039 sejauh ini tidak memberikan indikasi fenomena baru yang terkait dengannya.