Ilustrasi seniman dari tarik bingkai Lense-Thirring yang dihasilkan dari kerdil putih yang berputar dalam sistem bintang biner PSR J1141-6545.
(Gambar: © Mark Myers, Pusat Keunggulan ARC untuk Penemuan Gelombang Gravitasi (OzGrav))
Cara jalinan ruang dan waktu berputar di pusaran air kosmik di sekitar bintang mati telah mengkonfirmasi prediksi lain dari Teori relativitas umum Einstein, sebuah studi baru menemukan.
Prediksi itu adalah fenomena yang dikenal sebagai menyeret bingkai, atau efek Lense-Thirring. Ini menyatakan bahwa ruang-waktu akan berputar di sekitar tubuh yang besar dan berputar. Misalnya, bayangkan Bumi terendam dalam madu. Saat planet berputar, madu di sekitarnya akan berputar - dan hal yang sama berlaku dengan ruang-waktu.
Eksperimen satelit telah terdeteksi bingkai menyeret di bidang gravitasi Bumi yang berputar, tetapi efeknya luar biasa kecil dan, karenanya, sulit untuk diukur. Objek dengan massa lebih besar dan medan gravitasi yang lebih kuat, seperti bintang katai putih dan bintang neutron, menawarkan peluang lebih baik untuk melihat fenomena ini.
Para ilmuwan fokus pada PSR J1141-6545, sebuah pulsar muda sekitar 1,27 kali massa matahari. Pulsar terletak 10.000 hingga 25.000 tahun cahaya dari Bumi di konstelasi Musca (lalat), yang dekat dengan konstelasi Southern Cross yang terkenal.
Pulsar adalah bintang neutron yang berputar cepat yang memancarkan gelombang radio di sepanjang kutub magnetnya. (Bintang neutron adalah mayat bintang yang mati dalam ledakan bencana yang dikenal sebagai supernova; gravitasi sisa-sisa ini cukup kuat untuk menghancurkan proton bersama dengan elektron untuk membentuk neutron.)
PSR J1141-6545 melingkari kurcaci putih dengan massa hampir sama dengan matahari. Katai putih adalah inti superdense ukuran Bumi dari bintang mati yang tertinggal setelah bintang ukuran rata-rata kehabisan bahan bakar dan menumpahkan lapisan luarnya. Matahari kita akan berakhir sebagai kurcaci putih suatu hari, sebagaimana akan lebih dari 90% dari semua bintang di galaksi kita.
Pulsar mengorbit katai putih dalam orbit yang ketat dan cepat, kurang dari 5 jam, meluncur menembus angkasa dengan kecepatan sekitar 620.000 mph (1 juta km / jam), dengan pemisahan maksimum antara bintang-bintang yang hampir tidak lebih besar dari ukuran matahari kita, penelitian penulis utama Vivek Venkatraman Krishnan, seorang astrofisika di Institut Max Planck untuk Radio Astronomi di Bonn, Jerman, mengatakan kepada Space.com.
Para peneliti mengukur kapan pulsa dari pulsar tiba di Bumi hingga akurasi dalam 100 mikrodetik selama hampir 20 tahun, menggunakan teleskop radio Parkes dan UTMOST di Australia. Ini memungkinkan mereka untuk mendeteksi pergeseran jangka panjang dalam cara pulsar dan kurcaci putih saling mengorbit.
Setelah menghilangkan kemungkinan penyebab lain dari penyimpangan ini, para ilmuwan menyimpulkan bahwa itu adalah hasil dari seretan bingkai: Cara bintang kerdil putih yang berputar dengan cepat menarik ruang-waktu telah menyebabkan orbit pulsar untuk mengubah orientasinya perlahan dari waktu ke waktu. Berdasarkan tingkat seret bingkai, para peneliti menghitung bahwa kurcaci putih berputar pada porosnya sekitar 30 kali dalam satu jam.
Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa white dwarf terbentuk sebelum pulsar dalam sistem biner ini. Salah satu prediksi model teoretis tersebut adalah bahwa, sebelum supernova pembentuk pulsar terjadi, nenek moyang pulsar menumpahkan hampir 20.000 materi massa Bumi ke kerdil putih selama sekitar 16.000 tahun, meningkatkan laju putarannya.
"Sistem seperti PSR J1141-6545, di mana pulsar lebih muda dari katai putih, sangat jarang," kata Venkatraman Krishnan. Studi baru "mengkonfirmasi hipotesis lama tentang bagaimana sistem biner ini muncul, sesuatu yang diusulkan lebih dari dua dekade lalu."
Para peneliti mencatat bahwa mereka menggunakan frame dragging untuk menghasilkan wawasan tentang bintang berputar yang menyebabkannya. Di masa depan, kata mereka, mereka dapat menggunakan metode serupa untuk menganalisis bintang neutron biner untuk mempelajari lebih lanjut tentang komposisi internal mereka, "yang, bahkan setelah lebih dari 50 tahun mengamati mereka, kami belum memiliki pegangan," Venkatraman Kata Krishnan. "Kepadatan materi di dalam bintang neutron jauh melebihi apa yang bisa dicapai di laboratorium, jadi ada banyak fisika baru yang bisa dipelajari dengan menggunakan teknik ini untuk menggandakan sistem bintang neutron."
Para ilmuwan merinci temuan mereka online hari ini (30 Januari) di jurnal Science.
- Di dalam bintang neutron (infografis)
- Apa itu pulsar?
- Dalam foto: Eksperimen gerhana matahari Einstein tahun 1919 menguji relativitas umum
