Pada tahun 1915, Albert Einstein menerbitkan Teori Relativitas Umum yang terkenal, yang memberikan deskripsi terpadu tentang gravitasi sebagai sifat geometris ruang dan waktu. Teori ini memunculkan teori gravitasi modern dan merevolusi pemahaman kita tentang fisika. Meskipun seabad telah berlalu sejak itu, para ilmuwan masih melakukan percobaan yang mengkonfirmasi prediksi teorinya.
Berkat pengamatan terbaru yang dilakukan oleh tim astronom internasional (dikenal sebagai kolaborasi GRAVITY), efek Relativitas Umum telah terungkap menggunakan Lubang Hitam Supermasif (SMBH) untuk pertama kalinya. Temuan ini adalah puncak dari kampanye pengamatan 26 tahun SMBH di pusat Bima Sakti (Sagitarius A *) menggunakan instrumen European Southern Observatory (ESO).
Studi yang menggambarkan temuan tim baru-baru ini muncul di jurnal Astronomi dan Astrofisika, berjudul "Deteksi pergeseran merah gravitasi di orbit bintang S2 dekat pusat lubang hitam masif Galactic". Studi ini dipimpin oleh Roberto Arbuto dari ESO dan termasuk anggota dari kolaborasi GRAVITY - yang dipimpin oleh Reinhard Genzel dari Institut Max Planck untuk Fisika Extraterrestrial (MPE) dan termasuk astronom dari beberapa universitas Eropa dan lembaga penelitian.
Demi studi mereka, tim mengandalkan data yang dikumpulkan oleh instrumen VLT yang sangat sensitif dan presisi tinggi. Ini termasuk instrumen astrometri dan interferometri GRAVITAS, Spectrograph untuk Pengamatan Lapangan Integral dalam instrumen Near Infrared (SINFONI), dan Nasmyth Adaptive Optics System (NAOS) - instrumen Pencitraan Inframerah dan Spectrograph (CONICA) Dekat, yang bersama-sama dikenal sebagai instrumen NACO.
Pengamatan inframerah baru yang dikumpulkan oleh instrumen ini memungkinkan tim untuk memantau salah satu bintang (S2) yang mengorbit Sagitarius A * saat melintas di depan lubang hitam - yang terjadi pada Mei 2018. Pada titik terdekat di orbitnya , bintang itu berada pada jarak kurang dari 20 miliar km (12,4 miliar mi) dari lubang hitam dan bergerak dengan kecepatan lebih dari 25 juta km / jam (15 juta mph) - hampir tiga persen dari kecepatan cahaya .
Sedangkan instrumen SINFONI digunakan untuk mengukur kecepatan S2 menuju dan menjauh dari Bumi, instrumen GRAVITAS dalam VLT Interferometer (VLTI) membuat pengukuran yang sangat tepat dari perubahan posisi S2 untuk menentukan bentuk orbitnya. Instrumen GRAVITY kemudian menciptakan gambar-gambar tajam yang mengungkapkan gerakan bintang saat melewati dekat dengan lubang hitam.
Tim kemudian membandingkan pengukuran posisi dan kecepatan dengan pengamatan S2 sebelumnya menggunakan instrumen lain. Mereka kemudian membandingkan hasil ini dengan prediksi yang dibuat oleh Hukum Gravitasi Universal Newton, Relativitas Umum, dan teori gravitasi lainnya. Seperti yang diharapkan, hasil baru konsisten dengan prediksi yang dibuat oleh Einstein lebih dari seabad yang lalu.
Seperti Reinhard Genzel, yang selain menjadi pemimpin kolaborasi GRAVITY adalah rekan penulis di atas kertas, menjelaskan dalam siaran pers ESO baru-baru ini:
“Ini adalah kedua kalinya kami mengamati bagian dekat S2 di sekitar lubang hitam di pusat galaksi kami. Tapi kali ini, karena instrumentasi jauh lebih baik, kami dapat mengamati bintang dengan resolusi yang belum pernah terjadi sebelumnya. Kami telah mempersiapkan secara intensif untuk acara ini selama beberapa tahun, karena kami ingin memanfaatkan kesempatan unik ini untuk mengamati efek relativistik umum. ”
Ketika diamati dengan instrumen baru VLT, tim mencatat efek yang disebut pergeseran merah gravitasi, di mana cahaya yang berasal dari S2 berubah warna saat semakin dekat ke lubang hitam. Ini disebabkan oleh medan gravitasi yang sangat kuat dari lubang hitam, yang merentangkan panjang gelombang cahaya bintang, menyebabkannya bergeser ke ujung spektrum merah.
Perubahan panjang gelombang cahaya dari S2 setuju persis dengan apa yang diprediksi oleh persamaan medan Einstein. Sebagai Frank Eisenhauer - seorang peneliti dari Max Planck Institute of Extraterrestrial Physics, Principal Investigator of GRAVITY dan SINFONI spectrograph, dan rekan penulis studi ini - mengindikasikan:
“Pengamatan S2 pertama kami dengan GRAVITY, sekitar dua tahun lalu, sudah menunjukkan bahwa kami akan memiliki laboratorium lubang hitam yang ideal. Selama bagian yang dekat, kita bahkan dapat mendeteksi cahaya redup di sekitar lubang hitam pada sebagian besar gambar, yang memungkinkan kita untuk secara tepat mengikuti bintang pada orbitnya, yang akhirnya mengarah pada deteksi pergeseran merah gravitasi dalam spektrum S2.”
Sementara tes lain telah dilakukan yang telah mengkonfirmasi prediksi Einstein, ini adalah pertama kalinya bahwa efek Relativitas Umum telah diamati dalam gerakan bintang di sekitar lubang hitam supermasif. Dalam hal ini, Einstein telah terbukti benar sekali lagi, menggunakan salah satu laboratorium paling ekstrem hingga saat ini! Terlebih lagi, itu menegaskan bahwa tes yang melibatkan efek relativistik dapat memberikan hasil yang konsisten dari waktu ke waktu dan ruang.
"Di sini, di Tata Surya kita hanya dapat menguji hukum fisika sekarang dan dalam keadaan tertentu," kata Françoise Delplancke, kepala Departemen Teknik Sistem di ESO. "Jadi, sangat penting dalam astronomi untuk memastikan bahwa hukum itu masih berlaku di mana medan gravitasi jauh lebih kuat."
Dalam waktu dekat, tes relativistik lainnya akan dimungkinkan ketika S2 menjauh dari lubang hitam. Ini dikenal sebagai presesi Schwarzschild, di mana bintang tersebut diperkirakan akan mengalami rotasi kecil di orbitnya. Kolaborasi GRAVITY akan memantau S2 untuk mengamati efek ini juga, sekali lagi mengandalkan instrumen VLT yang sangat tepat dan sensitif.
Seperti yang ditunjukkan oleh Xavier Barcons (Direktur Jenderal ESO), pencapaian ini dimungkinkan berkat semangat kerjasama internasional yang diwakili oleh kolaborasi GRAVITY dan instrumen yang mereka bantu ESO kembangkan:
“ESO telah bekerja dengan Reinhard Genzel dan timnya serta kolaboratornya di Negara Anggota ESO selama lebih dari seperempat abad. Merupakan tantangan besar untuk mengembangkan instrumen kuat unik yang diperlukan untuk melakukan pengukuran yang sangat rumit ini dan untuk menggunakannya di VLT di Paranal. Penemuan yang diumumkan hari ini adalah hasil yang sangat menarik dari kemitraan yang luar biasa. ”
Dan pastikan untuk melihat video dari tes sukses GRAVITY Collaboration ini, milik ESO:
