Kredit gambar: NRAO
Diteorikan oleh Einstein selama hampir seabad, fisikawan telah menemukan bukti untuk mendukung teori bahwa gaya gravitasi bergerak dengan kecepatan cahaya. Variasi dalam bagaimana gambar quasar itu bengkok menyumbang kecepatan gravitasi ini.
Mengambil keuntungan dari penyelarasan kosmik yang langka, para ilmuwan telah membuat pengukuran pertama dari kecepatan di mana gaya gravitasi menyebar, memberikan nilai numerik ke salah satu konstanta fundamental fisika terakhir yang tidak terukur.
"Newton berpikir bahwa gaya gravitasi adalah seketika. Einstein berasumsi bahwa itu bergerak dengan kecepatan cahaya, tetapi sampai sekarang, tidak ada yang mengukurnya, ”kata Sergei Kopeikin, seorang ahli fisika di University of Missouri-Columbia.
"Kami telah menentukan bahwa kecepatan perambatan gravitasi sama dengan kecepatan cahaya dalam akurasi 20 persen," kata Ed Fomalont, seorang astronom di National Radio Astronomy Observatory (NRAO) di Charlottesville, VA. Para ilmuwan mempresentasikan temuan mereka pada pertemuan American Astronomical Society di Seattle, WA.
Pengukuran tengara penting bagi fisikawan yang bekerja pada teori medan terpadu yang berusaha menggabungkan fisika partikel dengan teori relativitas umum Einstein dan teori elektromagnetik.
"Pengukuran kami menempatkan beberapa batasan kuat pada teori-teori yang mengusulkan dimensi ekstra, seperti teori superstring dan teori bran," kata Kopeikin. "Mengetahui kecepatan gravitasi dapat memberikan tes penting tentang keberadaan dan kekompakan dimensi ekstra ini," tambahnya.
Teori superstring mengusulkan bahwa partikel-partikel fundamental dari alam tidak seperti point point, melainkan loop atau string yang sangat kecil, yang sifat-sifatnya ditentukan oleh berbagai mode getaran. Branes (kata yang berasal dari membran) adalah permukaan multidimensi, dan beberapa teori fisika saat ini mengusulkan bekatul ruang-waktu yang tertanam pada lima dimensi.
Para ilmuwan menggunakan Very Long Baseline Array (VLBA) dari National Science Foundation, sistem teleskop radio seluas benua, bersama dengan teleskop radio 100 meter di Effelsberg, Jerman, untuk melakukan pengamatan yang sangat tepat ketika planet Jupiter melewati hampir di depan quasar yang cerah pada 8 September 2002.
Pengamatan ini mencatat "sedikit" gelombang radio yang datang dari latar belakang quasar oleh efek gravitasi Jupiter. Tekukan tersebut menghasilkan perubahan kecil pada posisi semu quasar di langit.
"Karena Jupiter bergerak mengelilingi Matahari, jumlah lentur yang tepat tergantung sedikit pada kecepatan gravitasi yang merambat dari Jupiter," kata Kopeikin.
Jupiter, planet terbesar di Tata Surya, hanya melewati cukup dekat ke jalur gelombang radio dari quasar yang cerah sekitar satu dekade sekali untuk pengukuran seperti itu, kata para ilmuwan.
Penyelarasan selestial sekali dalam satu dekade adalah yang terakhir dalam rangkaian peristiwa yang memungkinkan pengukuran kecepatan gravitasi menjadi mungkin. Yang lain termasuk pertemuan kebetulan kedua ilmuwan pada tahun 1996, terobosan dalam fisika teoretis dan pengembangan teknik khusus yang memungkinkan pengukuran yang sangat tepat untuk dilakukan.
"Tidak ada yang pernah mencoba mengukur kecepatan gravitasi sebelumnya karena sebagian besar fisikawan berasumsi bahwa satu-satunya cara untuk melakukannya adalah mendeteksi gelombang gravitasi," kenang Kopeikin. Namun, pada 1999, Kopeikin memperluas teori Einstein untuk memasukkan efek gravitasi dari benda yang bergerak pada cahaya dan gelombang radio. Efeknya tergantung pada kecepatan gravitasi. Dia menyadari bahwa jika Jupiter bergerak hampir di depan bintang atau sumber radio, dia dapat menguji teorinya.
Kopeikin mempelajari orbit yang diprediksi Jupiter selama 30 tahun ke depan dan menemukan bahwa planet raksasa itu akan melewati cukup dekat di depan quasar J0842 + 1835 pada tahun 2002. Namun, ia dengan cepat menyadari bahwa efeknya terhadap posisi semu quasar di langit disebabkan oleh untuk kecepatan gravitasi akan sangat kecil sehingga satu-satunya teknik pengamatan yang mampu mengukurnya adalah Very Long Baseline Interferometry (VLBI), teknik yang terkandung dalam VLBA. Kopeikin kemudian menghubungi Fomalont, seorang ahli terkemuka di VLBI dan seorang pengamat VLBA yang berpengalaman.
"Saya segera menyadari pentingnya percobaan yang dapat membuat pengukuran pertama dari konstanta fundamental alam," kata Fomalont. "Saya memutuskan bahwa kami harus memberikan yang terbaik ini," tambahnya.
Untuk mendapatkan tingkat presisi yang diperlukan, kedua ilmuwan menambahkan teleskop Effelsberg ke pengamatan mereka. Semakin lebar pemisahan antara dua antena radio-teleskop, semakin besar kekuatan penyelesaiannya, atau kemampuan untuk melihat detail halus, dapat dicapai. VLBA mencakup antena di Hawaii, Amerika Serikat kontinental, dan St. Croix di Karibia. Antena di sisi lain Atlantik menambahkan kekuatan yang lebih besar.
"Kami harus melakukan pengukuran dengan akurasi sekitar tiga kali lebih banyak daripada yang pernah dilakukan siapa pun, tetapi kami tahu, pada prinsipnya, itu bisa dilakukan," kata Fomalont. Para ilmuwan menguji dan menyempurnakan teknik mereka dalam "lintasan kering," kemudian menunggu Jupiter melakukan umpan di depan quasar.
Menunggu termasuk menggigit kuku. Kegagalan peralatan, cuaca buruk, atau badai elektromagnetik di Jupiter sendiri bisa menyabotase pengamatan. Namun, keberuntungan bertahan dan pengamatan para ilmuwan pada frekuensi radio 8 GigaHertz menghasilkan data yang cukup baik untuk melakukan pengukuran mereka. Mereka mencapai ketepatan yang sama dengan lebar rambut manusia yang terlihat dari jarak 250 mil.
“Tujuan utama kami adalah untuk mengesampingkan kecepatan gravitasi yang tak terbatas, dan kami melakukannya dengan lebih baik. Kita sekarang tahu bahwa kecepatan gravitasi mungkin sama dengan kecepatan cahaya, dan kita dapat dengan yakin mengecualikan setiap kecepatan gravitasi yang lebih dari dua kali lipat cahaya, ”kata Fomalont.
Sebagian besar ilmuwan, kata Kopeikin, akan merasa lega bahwa kecepatan gravitasi konsisten dengan kecepatan cahaya. “Saya percaya percobaan ini memberikan dasar baru pada dasar-dasar relativitas umum dan merupakan yang pertama dari banyak penelitian dan pengamatan gravitasi yang saat ini dimungkinkan karena presisi VLBI yang sangat tinggi. Kami memiliki banyak hal untuk dipelajari tentang kekuatan kosmik yang menarik ini dan hubungannya dengan kekuatan-kekuatan lain di alam, ”kata Kopeikin.
Ini bukan pertama kalinya Jupiter berperan dalam menghasilkan pengukuran konstanta fisik dasar. Pada 1675, Olaf Roemer, seorang astronom Denmark yang bekerja di Paris Observatory, membuat penentuan pertama yang cukup akurat dari kecepatan cahaya dengan mengamati gerhana dari salah satu bulan Jupiter.
Sumber Asli: Siaran Berita NRAO
