Salah satu prediksi dari teori relativitas umum Einstein adalah bahwa setiap benda yang berputar, menarik jalinan ruang-waktu di sekelilingnya, yang dikenal sebagai “frame-dragging“.
Dalam kehidupan sehari-hari, frame-dragging tidak terdeteksi dan tidak penting, karena efeknya sangat kecil. Mendeteksi frame-dragging yang disebabkan oleh putaran Bumi membutuhkan satelit seperti Gravity Probe B senilai US $ 750 juta, dan deteksi terhadap perubahan sudut pada giroskop yang setara, dengan hanya satu derajat setiap 100.000 tahun atau bahkan lebih.
Beruntung bagi kita, Semesta memiliki banyak laboratorium gravitasi yang terjadi secara alami di mana para fisikawan dapat mengamati di tempat kerjanya terhadap prediksi dari Einstein dengan sangat rinci. Penelitian tim kami, yang diterbitkan hari ini di jurnal Science, mengungkapkan bukti frame-dragging pada skala yang jauh lebih terlihat, menggunakan teleskop radio dan sepasang bintang berukuaran kecil yang unik dan saling berkeliaran dengan kecepatan yang memusingkan.
Gerakan bintang-bintang ini akan membingungkan para astronom pada zamannya Newton, karena pergerakkannya jelas dalam sebuah ruang-waktu yang melengkung, dan dibutuhkan teori relativitas umum Einstein untuk menjelaskan lintasannya.
Ilustrasi “frame-dragging“. (Mark Myers / OzGrav ARC Center of Excellence)
Relativitas umum adalah dasar dari teori gravitasi modern. Menjelaskan secara tepat berbagai gerakan dari bintang, planet, satelit, dan bahkan aliran waktu. Salah satu prediksinya yang kurang diketahui adalah bahwa benda-benda yang berputar, menyeret ruang-waktu bersamanya. Semakin cepat suatu objek perputarannya dan semakin masif ukurannya, maka akan semakin kuat gaya hambatannya.
Salah satu jenis objek yang sangat relevan dengan ini disebut katai putih. Merupakan sisa dari inti bintang yang telah mati, yang massanya sempat beberapa kali dari Matahari kita, tetapi sejak saat itu kehabisan bahan bakar hidrogennya. Yang tersisa hanya seukuran Bumi tetapi ratusan ribu kali lebih kuat. Katai putih juga dapat berputar sangat cepat, berputar setiap satu atau dua menit, bukan setiap 24 jam seperti yang dilakukan Bumi.
Frame-dragging yang disebabkan oleh katai putih akan lebih kuat dari Bumi sekitar 100 juta kali.
Itu semua baik dan perlu dipertimbangkan, tapi kita tidak bisa terbang menuju ke katai putih dan meluncurkan satelit di sekitarnya. Untungnya, bagaimanapun, alam baik bagi para astronom dan memiliki caranya sendiri untuk membiarkan kita mengamatinya melalui orbit bintang-bnitang yang disebut pulsar.
Dua puluh tahun yang lalu, teleskop radio Parkes CSIRO menemukan sepasang bintang unik yang terdiri dari katai putih (seukuran Bumi tetapi sekitar 300.000 kali lebih berat) dan radio pulsar (seukuran sebuah kota tetapi 400.000 kali lebih berat).
Dibandingkan dengan katai putih, pulsar berada di liga yang berbeda. Mereka tidak terbuat dari atom konvensional, tetapi dari neutron yang dikemas rapat, membuatnya sangat padat. Terlebih lagi, pulsar dalam penelitian kami berputar 150 kali setiap menit.
Katai putih sedang diputar oleh transfer materi dari temannya. (ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery)
Ini berarti bahwa, 150 kali setiap menit, “sinar mercusuar” dari gelombang radio yang dipancarkan oleh pulsar ini melewati suatu titik yang menguntungkan kita di Bumi. Kita bisa menggunakannya untuk memetakan jalur pulsar saat mengorbit katai putih, dengan menentukan waktu kapan nadinya tiba di teleskop kita dan mengetahui kecepatan cahaya. Metode ini mengungkapkan bahwa kedua bintang saling mengorbit dalam waktu kurang dari 5 jam.
Pasangan ini, secara resmi disebut PSR J1141-6545, adalah laboratorium gravitasi ideal. Sejak tahun 2001 kami telah melakukan perjalanan ke Parkes beberapa kali setahun untuk memetakan orbit sistem ini, yang menunjukkan banyak efek gravitasi Einstein.
Memetakan evolusi orbit bukan hal yang sederhana, meski demikian pengukuran kami sangat tepat. Meskipun PSR J1141-6545 berjarak beberapa ratus kuadriliun kilometer jauhnya (satu kuadriliun adalah sejuta miliar), kita bisa tahu bahwa pulsar ini berputar 2,5387230404 kali per detik, dan orbitnya berguling di ruang angkasa. Ini berarti bidang orbitnya tidak tetap, melainkan berputar perlahan.
Bagaimana sistem ini terbentuk?
Ketika sepasang bintang terlahir, yang paling masif akan mati lebih dulu, umumnya menjadi katai putih. Sebelum bintang kedua mati, ia mentransfer materi pada kata putih rekannya. Sebuah cakram terbentuk saat materinya jatuh menuju katai putih, dan selama lebih dari puluhan ribu tahun ia mempercepat perputaran katai putih, hingga berputar setiap beberapa menit.
Dalam kasus yang jarang terjadi seperti ini, bintang kedua kemudian dapat meledak menjadi supernova, meninggalkan pulsar. Katai putih yang berputar dengan cepat menyeret ruang-waktu bersamanya, membuat bidang orbit pulsar miring saat terseret. Kemiringan ini adalah apa yang kami amati melalui pemetaan kami terhadap orbit pulsar dengan telaten.
Einstein sendiri berpikir banyak prediksinya tentang ruang dan waktu tidak akan pernah bisa diamati. Tetapi selama beberapa tahun terakhir telah dapat disaksikan bagaimana revolusi terjadi dalam astrofisika ekstrem, termasuk penemuan gelombang gravitasi dan pencitraan bayangan lubang hitam dengan jaringan teleskop di seluruh dunia. Penemuan ini dibuat oleh fasilitas bernilai miliaran dolar.
Untungnya masih ada peran dalam mengeksplorasi relativitas umum untuk teleskop radio berusia 50 tahun seperti yang ada di Parkes, dan untuk kampanye yang dilakukan dengan telaten oleh generasi mahasiswa pascasarjana
