Deteksi gelombang gravitasi terbaru telah memungkinkan fisikawan untuk mengkonfirmasi dengan presisi yang lebih besar dan lebih besar lagi sebagaimana yang diprediksi Einstein lebih dari 100 tahun yang lalu dalam teori relativitas umum: gravitasi tidak bertindak seketika seperti yang dipikirkan oleh Newton, namun malah menyebar dengan kecepatan cahaya.
“Kecepatan gravitasi, seperti kecepatan cahaya, adalah salah satu konstanta fundamental di alam semesta,” Neil Cornish, seorang fisikawan di Montana State University, mengatakan kepada Phys.org. “Sampai munculnya astronom gelombang gravitasi, kami tidak memiliki cara untuk mengukur kecepatan gravitasi secara langsung.”
Selama beberapa bulan terakhir, fisikawan telah membuat kemajuan yang sangat pesat dalam membatasi kecepatan gravitasi dengan menggunakan pengamatan gelombang gravitasi.
Awalnya, deteksi LIGO pertama tentang gelombang gravitasi membatasi kecepatan gravitasi sampai 50% dari kecepatan cahaya.
Dalam sebuah makalah yang diterbitkan minggu lalu di Physical Review Letters, Cornish dan rekan penulis Diego Blas di CERN dan Germano Nardini di University of Bern telah menggabungkan tiga peristiwa gravitasi pertama yang dilaporkan oleh kolaborasi LIGO dan Virgo, yang memungkinkan mereka untuk memperbaiki batas-batas aslinya untuk sekitar 45% dari kecepatan cahaya.
Dua hari kemudian (dan setelah fisikawan yang disebutkan di atas menulis makalah mereka), sebuah makalah lain diterbitkan di The Astrophysical Journal Letters oleh kolaborasi LIGO dan Virgo, yang pengarangnya berafiliasi dengan hampir 200 institusi di seluruh dunia. Dengan menggunakan data dari gelombang gravitasi yang dipancarkan oleh penggabungan bintang neutron biner yang terdeteksi pada bulan Agustus, mereka mampu membatasi perbedaan antara kecepatan gravitasi dan kecepatan cahaya antara -3 x 10-15 dan 7 x 10-16 kali kecepatan cahaya.
Alasan lompatan besar secara presisi adalah bahwa kejadian bintang neutron tidak hanya memancarkan gelombang gravitasi, tapi juga radiasi elektromagnetik dalam bentuk sinar gamma. Emisi simultan dari kedua gelombang gravitasi dan cahaya dari sumber yang sama memungkinkan para ilmuwan untuk menetapkan batas pada kecepatan gravitasi yang banyak perintah besarnya lebih ketat sehingga apa yang bisa diatur menggunakan sinyal gelombang gravitasi saja.
Bergantung pada apakah sumber astrofisika memancarkan gelombang gravitasi dan cahaya atau hanya yang pertama, para ilmuwan mengambil pendekatan yang berbeda untuk membatasi kecepatan gravitasi. Ketika sebuah sumber memancarkan gelombang gravitasi dan cahaya, ilmuwan dapat mengukur perbedaan (jika ada) pada saat kedatangan dari dua jenis sinyal pada satu detektor. Dalam makalah AJL, para ilmuwan mengukur penundaan kedatangan hanya beberapa detik di antara sinyal yang menempuh jarak lebih dari seratus juta tahun cahaya. Keterlambatan kecil di jarak ini dianggap tidak ada sama sekali.
Di sisi lain, ketika sebuah sumber hanya memancarkan gelombang gravitasi, ilmuwan harus mendeteksi sinyal yang sama di beberapa detektor berbasis Bumi dan mengukur perbedaan (sangat sedikit) pada waktu kedatangan. Para ilmuwan dari makalah PRL melakukan ini dengan membandingkan sinyal yang terdeteksi oleh dua detektor LIGO yang berdiameter 1800 mil jauhnya: satu di Hanford, Washington, dan yang lainnya di Livingston, Louisiana.
Sebagai fisikawan menjelaskan, adalah mungkin untuk sangat meningkatkan batas pada kecepatan gravitasi menggunakan sumber yang hanya memancarkan gelombang gravitasi. Misalnya, dengan menggunakan empat detektor yang berada di tempat yang berbeda di Bumi, dengan lima gelombang gravitasi untuk perbandingan, kendala tersebut dapat meningkat menjadi 1% dari kecepatan cahaya. Tapi mereka masih belum bisa mencapai tingkat presisi eksperimen yang memiliki akses terhadap gravitasi dan cahaya.
Secara keseluruhan, membatasi kecepatan cahaya memiliki banyak implikasi signifikan untuk fisika dasar dan kosmologi. Salah satu implikasi terbesarnya adalah bahwa batas yang ketat memberikan uji relativitas umum yang lebih tepat dan menyingkirkan alternatif yang diusulkan untuk relativitas umum.
“Banyak teori gravitasi alternatif, termasuk beberapa yang telah dipanggil untuk menjelaskan percepatan ekspansi alam semesta, memprediksi bahwa kecepatan gravitasi berbeda dengan kecepatan cahaya,” kata Cornish. “Beberapa teori tersebut sekarang telah dikesampingkan, sehingga membatasi cara-cara di mana teori Einstein dapat dimodifikasi secara masuk akal, dan membuat energi gelap menjadi penjelasan yang lebih mungkin untuk ekspansi yang dipercepat.”
