Teori Einstein yang belum terbukti tentang ‘memori gravitasi’ mungkin nyata, petunjuk studi baru
Sebuah tim fisikawan teoretis telah mengusulkan cara baru untuk menguji salah satu prediksi yang paling menarik dari teori Einstein tentang Relativitas Umum: memori gravitasi.
Efek ini mengacu pada pergeseran permanen dalam jalinan alam semesta yang disebabkan oleh perjalanan riak ruang-waktu yang dikenal sebagai gelombang gravitasi. Meskipun gelombang ini memiliki sudah terdeteksi oleh observatorium seperti Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) dan Virgo Interferometer, jejak gelombang yang tersisa tetap sulit dipahami.
Para peneliti menyarankan bahwa latar belakang microwave kosmik – cahaya samar yang tersisa dari Big Bang – Mungkin membawa tanda tangan gelombang gravitasi yang kuat dari merger lubang hitam yang jauh. Mempelajari sinyal -sinyal ini tidak hanya dapat mengkonfirmasi prediksi Einstein tetapi juga menjelaskan beberapa peristiwa paling energik dalam sejarah alam semesta.
“Pengamatan fenomena ini dapat memberi kita lebih banyak pengetahuan tentang berbagai bidang fisika,” Miquel Miravet-Lenésseorang mahasiswa doktoral di University of Valencia dan rekan penulis penelitian, mengatakan kepada Live Science melalui email. “Karena ini adalah prediksi langsung dari teori relativitas umum Einstein, pengamatannya akan berfungsi sebagai konfirmasi teori, seperti pengamatan gelombang gravitasi oleh Ligo, Virgo dan Kagra [the Kamioka Gravitational Wave Detector] telah melakukan! Ini juga dapat digunakan sebagai alat tambahan untuk mempelajari beberapa skenario astrofisika, karena dapat berisi informasi tentang jenis peristiwa yang menghasilkan memori, seperti supernova atau lubang hitam tabrakan. “
Bagaimana Gelombang Gravitasi Meninggalkan Tanda di Kosmos
Menurut relativitas umum, ruang-objek besar-besaran ruang-waktu yang warping dapat menghasilkan riak yang melakukan perjalanan melintasi alam semesta di kecepatan cahaya. Gelombang gravitasi ini muncul ketika tubuh besar berakselerasi, seperti ketika dua lubang hitam spiral batin dan gabungkan.
Tidak seperti gelombang biasa yang melewati materi dan membiarkannya tidak berubah, gelombang gravitasi dapat secara permanen mengubah struktur ruang-waktu itu sendiri. Ini berarti bahwa benda apa pun yang mereka lewati, termasuk partikel -partikel cahaya elementer yang dikenal sebagai fotondapat mengalami perubahan kecepatan atau arah yang langgeng. Akibatnya, cahaya yang melintasi Cosmos dapat membawa memori peristiwa gelombang gravitasi masa lalu yang dicetak dalam propertinya.
Para peneliti mengeksplorasi apakah efek ini dapat diamati dalam latar belakang microwave kosmik – bidang radiasi peninggalan yang telah melakukan perjalanan melalui ruang angkasa karena alam semesta hanyalah sebagian kecil dari persen dari usia saat ini. Pergeseran halus dalam suhu radiasi ini dapat menahan petunjuk tentang gelombang gravitasi dari merger lubang hitam kuno.
“Kita bisa belajar banyak hal,” Kai Hendriksseorang mahasiswa doktoral di Niels Bohr Institute di University of Copenhagen dan rekan penulis penelitian lainnya, mengatakan kepada Live Science dalam sebuah email. “Misalnya, mengukur memori gravitasi dalam sinyal gelombang gravitasi memberi kita lebih banyak informasi tentang sifat -sifat dua lubang hitam yang menghasilkan sinyal ini; seberapa berat lubang hitam itu atau seberapa jauh mereka dari kita.”
Tetapi implikasinya melampaui merger lubang hitam individu. Jika jejak memori gravitasi dapat dideteksi di latar belakang microwave kosmik, itu dapat mengungkapkan apakah lubang hitam supermasif lebih sering bergabung di alam semesta awal daripada yang mereka lakukan saat ini. Ini bisa menawarkan wawasan baru tentang bagaimana galaksi dan lubang hitam telah berkembang selama waktu kosmik.
Mengukur jejak
Untuk menentukan apakah efek memori dapat dideteksi, tim menghitung bagaimana penggabungan lubang hitam mempengaruhi latar belakang microwave kosmik. Analisis mereka menunjukkan bahwa peristiwa kekerasan ini harus meninggalkan perubahan yang terukur dalam radiasi latar belakang, dengan kekuatan sinyal tergantung pada seberapa besar lubang hitam itu dan seberapa sering merger tersebut terjadi sepanjang sejarah.
“Panjang gelombang cahaya secara langsung terkait dengan suhunya – panjang gelombang kecil berarti suhu tinggi dan panjang gelombang besar berarti suhu rendah,” David O’Neillseorang mahasiswa doktoral di Niels Bohr Institute dan rekan penulis penelitian lainnya, mengatakan kepada Live Science dalam email. “Beberapa cahaya yang dipengaruhi oleh ingatan gelombang gravitasi menjadi ‘lebih panas’ sementara beberapa cahaya lainnya menjadi ‘lebih dingin.’ Daerah cahaya panas dan dingin membentuk semacam pola di langit.
Meskipun teleskop saat ini yang mampu mendeteksi radiasi gelombang mikro, seperti satelit Planck, telah memetakan latar belakang microwave kosmik dalam detail yang sangat indah, pergeseran suhu yang disebabkan oleh memori gelombang gravitasi diharapkan sangat kecil – pada urutan triliun derajat. Ini membuat mereka sulit untuk diamati dengan teknologi yang ada. Namun, teleskop masa depan dengan sensitivitas yang lebih besar mungkin dapat mendeteksi distorsi halus ini, memberikan cara baru untuk menyelidiki pengaruh gravitasi yang tidak terlihat yang telah membentuk alam semesta.
Menyempurnakan model untuk tes di masa depan
Sementara penelitian menunjukkan bahwa memori gelombang gravitasi harus meninggalkan jejak di latar belakang microwave kosmik, para peneliti mengakui bahwa perhitungan mereka didasarkan pada asumsi yang disederhanakan. Model yang lebih halus akan dibutuhkan sebelum prediksi definitif dapat dibuat.
Misalnya, tim awalnya berasumsi bahwa semua lubang hitam menggabungkan memiliki massa yang sama, sedangkan dalam kenyataannya, massa mereka dapat bervariasi secara signifikan. Lubang hitam supermasif berkisar dari beberapa juta hingga puluhan miliar kali massa matahariartinya pengaruhnya terhadap latar belakang microwave kosmik juga akan berbeda. Akuntansi untuk variasi ini akan menjadi penting dalam studi selanjutnya.
“Saat ini, efek yang kami pelajari sangat halus. Namun, ada kemungkinan bahwa di daerah tertentu di langit, itu bisa sangat kuat,” kata Hendriks. “Untuk mengeksplorasi ini, kita membutuhkan model yang lebih maju yang memperhitungkan seluruh evolusi alam semesta. Jadi bukan tugas yang mudah! Tapi ini bisa membawa kita lebih dekat untuk mendeteksi jejak kosmik ini dan mengungkap wawasan baru ke dalam evolusi alam semesta.”
