Menantang Teori Terbesar Einstein dengan Bintang-Bintang Ekstrem

Para peneliti di University of East Anglia dan University of Manchester telah membantu melakukan eksperimen selama 16 tahun untuk menantang teori relativitas umum Einstein.

Tim internasional melihat ke bintang - sepasang bintang ekstrem yang disebut pulsar tepatnya - melalui tujuh teleskop radio di seluruh dunia.

Dan mereka menggunakannya untuk menantang teori Einstein yang paling terkenal dengan beberapa tes yang paling ketat.

Studi yang diterbitkan hari ini di jurnal Physical Review X, mengungkapkan efek relativistik baru yang, meskipun diharapkan, kini telah diamati untuk pertama kalinya.

Dr Robert Ferdman, dari Sekolah Fisika UEA, mengatakan: "Seberapa sukses teori relativitas umum Einstein yang telah terbukti, kita tahu itu bukan kata terakhir dalam teori gravitasi.

"Lebih dari 100 tahun kemudian, para ilmuwan di seluruh dunia melanjutkan upaya mereka untuk menemukan kekurangan dalam teorinya.

"Relativitas umum tidak sesuai dengan gaya fundamental lain, yang dijelaskan oleh mekanika kuantum. Oleh karena itu, penting untuk terus melakukan pengujian paling ketat pada relativitas umum, untuk menemukan bagaimana dan kapan teori itu runtuh.

"Menemukan penyimpangan dari relativitas umum akan merupakan penemuan besar yang akan membuka jendela fisika baru di luar pemahaman teoretis kita saat ini tentang Semesta.

"Dan itu mungkin membantu kita pada akhirnya menemukan teori terpadu tentang kekuatan fundamental alam."

Dipimpin oleh Michael Kramer dari Institut Max Planck untuk Radio Astronomi di Bonn, Jerman, tim peneliti internasional dari sepuluh negara, menguji teori Einstein dengan ujian paling ketat.

Dr Ferdman berkata: "Pulsar adalah bintang kompak berputar yang sangat magnetis yang memancarkan sinar radiasi elektromagnetik dari kutub magnetnya.

"Mereka memiliki berat lebih dari matahari kita tetapi mereka hanya sekitar 15 mil - jadi mereka adalah objek yang sangat padat yang menghasilkan sinar radio yang menyapu langit seperti mercusuar.

"Kami mempelajari pulsar ganda, yang ditemukan oleh anggota tim pada tahun 2003 dan menyajikan laboratorium paling tepat yang saat ini kami miliki untuk menguji teori Einstein. Tentu saja, teorinya disusun ketika tidak ada jenis bintang ekstrem ini, maupun teknik yang digunakan. untuk mempelajarinya, bisa dibayangkan."

Pulsar ganda terdiri dari dua pulsar yang mengorbit satu sama lain hanya dalam waktu 147 menit dengan kecepatan sekitar 1 juta km/jam. Satu pulsar berputar sangat cepat, sekitar 44 kali per detik. Pendamping masih muda dan memiliki periode rotasi 2,8 detik. Ini adalah gerakan mereka di sekitar satu sama lain yang dapat digunakan sebagai laboratorium gravitasi yang hampir sempurna.

Tujuh teleskop radio sensitif digunakan untuk mengamati pulsar ganda ini -- di Australia, AS, Prancis, Jerman, Belanda, dan di Inggris (Teleskop Radio Lovell).

Prof Kramer berkata: "Kami mempelajari sistem bintang kompak yang merupakan laboratorium tak tertandingi untuk menguji teori gravitasi di hadapan medan gravitasi yang sangat kuat.

"Kami senang karena kami dapat menguji landasan teori Einstein, energi yang dibawa oleh gelombang gravitasi, dengan presisi yang 25 kali lebih baik daripada pulsar Hulse-Taylor pemenang Hadiah Nobel, dan 1000 kali lebih baik daripada yang dimungkinkan saat ini dengan detektor gelombang gravitasi."

Dia menjelaskan bahwa pengamatan tidak hanya sesuai dengan teori, "tetapi kami juga dapat melihat efek yang tidak dapat dipelajari sebelumnya''.

Prof Benjamin Stappers, dari University of Manchester, mengatakan: "Penemuan sistem pulsar ganda dibuat sebagai bagian dari survei yang dipimpin bersama dari University of Manchester dan memberi kami satu-satunya contoh yang diketahui dari dua jam kosmik yang memungkinkan ketepatan pengukuran struktur dan evolusi medan gravitasi yang intens.

"Teleskop Lovell di Observatorium Jodrell Bank telah memantaunya setiap beberapa minggu sejak saat itu. Garis dasar panjang dengan kualitas tinggi dan pengamatan yang sering memberikan kumpulan data yang sangat baik untuk digabungkan dengan yang berasal dari observatorium di seluruh dunia."

Prof Ingrid Stairs dari University of British Columbia di Vancouver, mengatakan: "Kami mengikuti propagasi foton radio yang dipancarkan dari mercusuar kosmik, pulsar, dan melacak gerakan mereka di medan gravitasi kuat dari pulsar pendamping.

"Kami melihat untuk pertama kalinya bagaimana cahaya tidak hanya tertunda karena kelengkungan ruang-waktu yang kuat di sekitar pendamping, tetapi juga bahwa cahaya dibelokkan oleh sudut kecil 0,04 derajat yang dapat kami deteksi. Belum pernah ada eksperimen seperti itu sebelumnya. telah dilakukan pada kelengkungan ruangwaktu yang begitu tinggi."

Prof Dick Manchester dari badan sains nasional Australia, CSIRO, mengatakan: "Gerakan orbit yang begitu cepat dari objek-objek kompak seperti ini -- mereka sekitar 30 persen lebih masif dari Matahari tetapi lebarnya hanya sekitar 24 km -- memungkinkan kami untuk menguji banyak objek yang berbeda prediksi relativitas umum -- total tujuh!

"Selain gelombang gravitasi dan propagasi cahaya, presisi kami memungkinkan kami juga untuk mengukur efek 'pelebaran waktu' yang membuat jam berjalan lebih lambat di medan gravitasi.

"Kita bahkan perlu memperhitungkan persamaan Einstein yang terkenal E = mc2 ketika mempertimbangkan efek radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh pulsar yang berputar cepat pada gerakan orbit.

"Radiasi ini sesuai dengan hilangnya massa 8 juta ton per detik! Meskipun ini tampak banyak, ini hanya sebagian kecil -- 3 bagian dalam seribu miliar miliar -- dari massa pulsar per detik. "

Para peneliti juga mengukur -- dengan presisi 1 bagian dalam sejuta -- bahwa orbit mengubah orientasinya, efek relativistik yang juga dikenal dari orbit Merkurius, tetapi di sini 140.000 kali lebih kuat.

Mereka menyadari bahwa pada tingkat presisi ini mereka juga perlu mempertimbangkan dampak rotasi pulsar pada ruangwaktu di sekitarnya, yang "diseret" dengan pulsar yang berputar.

Dr Norbert Wex dari MPIfR, penulis utama studi lainnya, mengatakan: "Para fisikawan menyebutnya sebagai efek Lense-Thirring atau penarikan bingkai. Dalam percobaan kami, ini berarti bahwa kami perlu mempertimbangkan struktur internal pulsar sebagai bintang neutron. .

"Oleh karena itu, pengukuran kami memungkinkan kami untuk pertama kalinya menggunakan pelacakan presisi rotasi bintang neutron, teknik yang kami sebut waktu pulsar untuk memberikan batasan pada perpanjangan bintang neutron."

Teknik waktu pulsar dikombinasikan dengan pengukuran interferometrik yang cermat dari sistem untuk menentukan jaraknya dengan pencitraan resolusi tinggi, menghasilkan nilai 2.400 tahun cahaya dengan hanya 8 persen margin kesalahan.

Anggota tim Prof Adam Deller, dari Swinburne University di Australia dan bertanggung jawab atas bagian percobaan ini, mengatakan: "Ini adalah kombinasi dari berbagai teknik pengamatan pelengkap yang menambah nilai ekstrim percobaan. Di masa lalu, penelitian serupa sering terhambat. oleh pengetahuan yang terbatas tentang jarak sistem tersebut."

Ini tidak terjadi di sini, di mana selain waktu pulsar dan interferometri juga informasi yang diperoleh dari efek karena medium antarbintang diperhitungkan dengan cermat.

Prof Bill Coles dari University of California San Diego setuju: "Kami mengumpulkan semua informasi yang mungkin tentang sistem dan kami memperoleh gambaran yang sangat konsisten, yang melibatkan fisika dari berbagai bidang, seperti fisika nuklir, gravitasi, medium antarbintang, fisika plasma, dan banyak lagi. Ini sangat luar biasa."

Paulo Freire, juga dari MPIfR, mengatakan: "Hasil kami dengan baik melengkapi studi eksperimental lain yang menguji gravitasi dalam kondisi lain atau melihat efek yang berbeda, seperti detektor gelombang gravitasi atau Event Horizon Telescope.

"Mereka juga melengkapi eksperimen pulsar lainnya, seperti eksperimen waktu kami dengan pulsar dalam sistem triple bintang, yang telah memberikan tes independen dan luar biasa tentang universalitas jatuh bebas."

Prof Kramer menambahkan: "Kami telah mencapai tingkat presisi yang belum pernah terjadi sebelumnya. Eksperimen masa depan dengan teleskop yang lebih besar dapat dan akan lebih jauh lagi.

"Pekerjaan kami telah menunjukkan cara eksperimen semacam itu perlu dilakukan dan efek halus mana yang sekarang perlu diperhitungkan. Dan, mungkin, kami akan menemukan penyimpangan dari relativitas umum suatu hari nanti."

"Strong-field Gravity Tests with the Double Pulsar" diterbitkan di Physical Review X pada 13 Desember 2021.

(Materials provided by University of East Anglia)

***
Solo, Rabu, 15 Desember 2021. 9:20 pm
'salam sehat penuh cinta'
Suko Waspodo
suka idea
antologi puisi suko