Simulasi superkomputer galaksi telah menunjukkan bahwa teori Relativitas Umum Einstein mungkin bukan satu-satunya cara untuk menjelaskan bagaimana gravitasi bekerja atau bagaimana galaksi terbentuk.
Fisikawan di Durham University, Inggris, mensimulasikan kosmos menggunakan model alternatif gravitasi—f(R), yang disebut Teori Chameleon.
Gambar yang dihasilkan oleh simulasi menunjukkan bahwa galaksi seperti Bima Sakti kita masih bisa terbentuk di alam semesta bahkan dengan hukum gravitasi yang berbeda.
Temuan menunjukkan kelayakan Teori Chameleon — disebut demikian karena mengubah perilaku sesuai lingkungan — sebagai alternatif Relativitas Umum dalam menjelaskan pembentukan struktur di alam semesta.
Penelitian ini juga dapat membantu pemahaman lebih lanjut tentang energi gelap – zat misterius yang mempercepat laju ekspansi alam semesta.
Temuan ini dipublikasikan di Nature Astronomy.
Relativitas Umum dikembangkan oleh Albert Einstein pada awal 1900-an untuk menjelaskan efek gravitasi benda-benda besar di ruang angkasa, misalnya untuk menjelaskan orbit Merkurius di tata surya.
Ini adalah dasar dari kosmologi modern tetapi juga memainkan peran dalam kehidupan sehari-hari, misalnya dalam menghitung posisi GPS di telepon pintar.
Para ilmuwan sudah tahu dari perhitungan teoritis bahwa Teori Chameleon dapat mereproduksi keberhasilan Relativitas Umum pada tata surya.
Tim Durham sekarang telah menunjukkan bahwa teori ini memungkinkan galaksi realistis seperti Bima Sakti kita terbentuk dan dapat dibedakan dari Relativitas Umum pada skala kosmologis yang sangat besar.
Rekan penulis penelitian, Dr. Christian Arnold, di Institute for Computational Cosmology, Durham University, mengatakan: “Teori Chameleon memungkinkan hukum gravitasi untuk dimodifikasi sehingga kita dapat menguji efek perubahan gravitasi pada pembentukan galaksi.
“Melalui simulasi, kami telah menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa jika bahkan Anda mengubah gravitasi, itu tidak akan mencegah galaksi cakram dengan lengan spiral yang terbentuk.
“Penelitian kami jelas tidak berarti bahwa Relativitas Umum salah, tetapi menunjukkan bahwa itu tidak harus menjadi satu-satunya cara untuk menjelaskan peran gravitasi dalam evolusi alam semesta.”
Para peneliti melihat interaksi antara gravitasi dalam Teori Chameleon dan lubang hitam supermasif yang berada di pusat galaksi.
Lubang hitam memainkan peran penting dalam pembentukan galaksi karena panas dan material yang dikeluarkan ketika menelan materi di sekitarnya dapat membakar gas yang diperlukan untuk membentuk bintang, yang secara efektif menghentikan pembentukan bintang.
Jumlah panas yang dikeluarkan oleh lubang hitam diubah oleh perubahan gravitasi, mempengaruhi bagaimana galaksi terbentuk.
Namun, simulasi baru menunjukkan bahwa meskipun memperhitungkan perubahan gravitasi yang disebabkan oleh penerapan Teori Chameleon, galaksi masih dapat terbentuk.
Relativitas Umum juga memiliki konsekuensi untuk memahami percepatan perluasan alam semesta.
Para ilmuwan percaya ekspansi ini didorong oleh energi gelap dan para peneliti Durham mengatakan temuan mereka bisa menjadi langkah kecil untuk menjelaskan sifat-sifat dari zat ini.
Rekan penulis penelitian, Profesor Baojiu Li, dari Institute for Computational Cosmology di Durham University, mengatakan: “Dalam Relativitas Umum, para ilmuwan menjelaskan percepatan ekspansi alam semesta dengan memperkenalkan bentuk misterius dari materi yang disebut energi gelap – bentuk paling sederhana yang mungkin menjadi konstanta kosmologis, yang kepadatannya adalah konstan dalam ruang dan waktu.
“Namun, alternatif untuk konstanta kosmologi yang menjelaskan ekspansi dipercepat dengan memodifikasi hukum gravitasi, seperti f (R) gravitasi, juga banyak dianggap mengingat betapa sedikit yang diketahui tentang energi gelap.”
Para peneliti Durham berharap temuan mereka dapat diuji melalui pengamatan menggunakan teleskop Square Kilometer Array (SKA), yang berbasis di Australia dan Afrika Selatan, yang akan memulai pengamatan pada tahun 2020.
SKA akan menjadi teleskop radio terbesar di dunia dan bertujuan untuk menantang teori Relativitas Umum Einstein, melihat bagaimana bintang dan galaksi pertama terbentuk setelah Big Bang, dan membantu para ilmuwan untuk memahami sifat atau energi gelap.
