Sebagai bagian dari teori relativitas umumnya, Einstein meramalkan bahwa massa harus memancarkan gelombang gravitasi. Seharusnya bisa mendeteksi gelombang gravitasi paling kuat saat mereka melewati Bumi. Dan observatorium berbasis ruang yang direncanakan untuk diluncurkan pada tahun 2015 yang disebut LISA harus lebih kuat lagi.
Para ilmuwan hampir benar-benar melihat gelombang gravitasi. Kredit gambar: NASA
Gravitasi adalah kekuatan yang akrab. Itulah alasan takut ketinggian. Ini memegang bulan ke Bumi, Bumi ke matahari. Itu menjaga bir dari mengambang di gelas kami.
Tapi bagaimana caranya? Apakah Bumi mengirim pesan rahasia ke bulan?
Ya, semacam.
Eanna Flanagan, associate professor bidang fisika dan astronomi, telah mengabdikan hidupnya untuk memahami gravitasi sejak ia menjadi mahasiswa di University College Dublin di negara asalnya, Irlandia. Sekarang, hampir dua dekade setelah meninggalkan Irlandia untuk belajar untuk doktor di bawah relativis terkenal Kip Thorne di California Institute of Technology, karyanya berfokus pada memprediksi ukuran dan bentuk gelombang gravitasi - sebuah fenomena sulit yang diramalkan oleh Einstein 1916 Theory of General Relativity tetapi yang belum pernah terdeteksi secara langsung.
Pada 1974, astronom Universitas Princeton, Russell Hulse dan Joseph H. Taylor Jr. secara tidak langsung mengukur pengaruh gelombang gravitasi pada bintang-bintang neutron yang mengorbit, sebuah penemuan yang memberi mereka Hadiah Nobel 1993 dalam bidang fisika. Berkat karya Flanagan dan rekan-rekannya baru-baru ini, para ilmuwan sekarang berada di ambang melihat gelombang gravitasi pertama secara langsung.
Suara tidak bisa ada dalam ruang hampa. Dibutuhkan media, seperti udara atau air, yang digunakan untuk menyampaikan pesannya. Demikian pula, gravitasi tidak bisa eksis dalam ketiadaan. Itu juga membutuhkan media untuk menyampaikan pesannya. Einstein berteori bahwa medium itu adalah ruang dan waktu, atau "kain ruangwaktu."
Perubahan tekanan - gedebuk drum, kabel suara yang bergetar - menghasilkan gelombang suara, riak di udara. Menurut teori Einstein, perubahan massa - tabrakan dua bintang, pendaratan debu di rak buku - menghasilkan gelombang gravitasi, riak di ruangwaktu.
Karena sebagian besar benda sehari-hari memiliki massa, gelombang gravitasi seharusnya ada di sekitar kita. Jadi mengapa kita tidak dapat menemukannya?
"Gelombang gravitasi terkuat akan menyebabkan gangguan terukur di Bumi 1.000 kali lebih kecil dari inti atom," jelas Flanagan. "Mendeteksi mereka adalah tantangan teknis yang sangat besar."
Respons terhadap tantangan itu adalah LIGO, Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, sebuah eksperimen kolosal yang melibatkan kolaborasi lebih dari 300 ilmuwan.
LIGO terdiri dari dua instalasi yang terpisah hampir 2.000 mil - satu di Hanford, Wash., Dan satu di Livingston, La. Setiap fasilitas berbentuk seperti raksasa "L," dengan dua lengan sepanjang 2,5 mil yang terbuat dari diameter 4 kaki. pipa vakum terbungkus beton. Sinar laser ultra-stabil melintasi pipa, memantul di antara cermin di ujung setiap lengan. Para ilmuwan mengharapkan gelombang gravitasi yang lewat untuk meregangkan satu lengan dan meremas yang lain, menyebabkan kedua laser menempuh jarak yang sedikit berbeda.
Perbedaannya kemudian dapat diukur dengan "mengganggu" laser tempat lengan bersilangan. Ini sebanding dengan dua mobil yang melaju tegak lurus menuju persimpangan jalan. Jika mereka menempuh kecepatan dan jarak yang sama, mereka akan selalu terhempas. Tetapi jika jaraknya berbeda, mereka mungkin meleset. Flanagan dan rekan-rekannya berharap untuk kehilangan.
Lebih jauh lagi, persis berapa banyak laser yang mengenai atau meleset akan memberikan informasi tentang karakteristik dan asal gelombang gravitasi. Peran Flanagan adalah untuk memprediksi karakteristik ini sehingga rekan-rekannya di LIGO tahu apa yang harus dicari.
Karena keterbatasan teknologi, LIGO hanya mampu merasakan gelombang gravitasi dari frekuensi tertentu dari sumber yang kuat, termasuk ledakan supernova di Bima Sakti dan dengan cepat berputar atau mengorbit bintang-bintang neutron di Bima Sakti atau galaksi yang jauh.
Untuk memperluas sumber potensial, NASA dan European Space Agency sudah merencanakan pengganti LIGO, LISA, Laser Interferometer Space Antenna. LISA serupa dalam konsepnya dengan LIGO, kecuali laser akan memantul di antara tiga satelit yang berjarak 3 juta mil terpisah dari Bumi yang mengorbit mengelilingi matahari. Akibatnya, LISA akan dapat mendeteksi gelombang pada frekuensi yang lebih rendah daripada LIGO, seperti yang dihasilkan oleh tumbukan bintang neutron dengan lubang hitam atau tabrakan dua lubang hitam. LISA dijadwalkan diluncurkan pada 2015.
Flanagan dan kolaborator di Massachusetts Institute of Technology baru-baru ini menguraikan tanda tangan gelombang gravitasi yang dihasilkan ketika sebuah lubang hitam supermasif menelan bintang neutron seukuran matahari. Ini adalah tanda tangan yang penting bagi LISA untuk dikenali.
"Ketika LISA terbang, kita harus melihat ratusan hal ini," kata Flanagan. “Kita akan dapat mengukur bagaimana ruang dan waktu dilengkungkan, dan bagaimana ruang seharusnya dipelintir oleh lubang hitam. Kami melihat radiasi elektromagnetik, dan kami pikir itu mungkin lubang hitam - tapi itu sejauh yang kami dapatkan. Akan sangat menarik untuk akhirnya melihat bahwa relativitas benar-benar berfungsi. ”
Tetapi, dia memperingatkan, “Itu mungkin tidak berhasil. Para astronom mengamati bahwa perluasan alam semesta semakin cepat. Satu penjelasan adalah bahwa relativitas umum perlu dimodifikasi: Einstein sebagian besar benar, tetapi dalam beberapa rezim hal-hal dapat bekerja secara berbeda. "
Thomas Oberst adalah penulis sains magang di Cornell News Service.
Sumber Asli: Universitas Cornell
