Pengamatan yang dilakukan oleh ‘ESO Very Large Telescope’ untuk pertama kalinya mengungkapkan efek yang diprediksi oleh relativitas umum Einstein pada gerakan bintang yang melewati medan gravitasi ekstrim di sekitar lubang hitam supermasif di pusat Bima Sakti. Hasil yang telah lama dicari ini mewakili klimaks dari perjalanan pengamatan selama 26 tahun menggunakan teleskop ESO di Chili.
Dikaburkan oleh awan tebal yang menyerap debu, lubang hitam supermasif terdekat ke Bumi terletak 26.000 tahun cahaya di pusat Bima Sakti. Monster gravitasi ini, yang memiliki massa empat juta kali dari Matahari, dikelilingi oleh sekelompok kecil bintang yang mengorbit di sekitarnya dengan kecepatan tinggi. Lingkungan ekstrem ini – medan gravitasi terkuat di galaksi kita – menjadikannya tempat yang sempurna untuk menjelajahi fisika gravitasi, dan khususnya untuk menguji teori relativitas umum Einstein.
Pengamatan inframerah terbaru dari instrumen GRAVITY, SINFONI dan NACO yang sangat sensitif terhadap ESO Very Large Telescope (VLT) sekarang telah memungkinkan para astronom untuk mengikuti salah satu dari bintangnya yang disebut S2, ketika melewati dengan jarak yang sangat dekat dengan lubang hitam selama Mei 2018. Pada titik terdekatnya, bintang ini berada pada jarak kurang dari 20 miliar kilometer dari lubang hitam dan bergerak dengan kecepatan lebih dari 25 juta kilometer per jam – hampir tiga persen dari kecepatan cahaya, karena efek lubang hitam begitu kuat.
Tim membandingkan pengukuran posisi dan kecepatan dari GRAVITY dan SINFONI masing-masing, bersama dengan observasi sebelumnya dari S2 menggunakan instrumen lain, dengan prediksi gravitasi Newton, relativitas umum dan teori gravitasi lainnya. Hasil terbaru tidak konsisten dengan prediksi Newton dan sangat cocok dengan prediksi relativitas umum.
Relativitas umum adalah sebuah teori geometri mengenai gravitasi yang diperkenalkan oleh Albert Einstein pada tahun 1916. Hal ini dilakukan dengan melihat gravitasi bukan sebagai gaya, tetapi lebih sebagai manifestasi dari kelengkungan ruang dan waktu. Teori ini memprediksikan adanya keberadaan daerah lubang hitam yang mana ruang dan waktu terdistorsi sedemikian rupa sehingga tiada satu pun, bahkan cahaya, tidak dapat lolos darinya.
“Ini adalah yang kedua kalinya kami mengamati jalur dekat S2 di sekitar lubang hitam di pusat galaksi kita. Tetapi kali ini, karena instrumentasi yang jauh lebih baik, kami dapat mengamati bintang dengan resolusi yang belum pernah terjadi sebelumnya,” jelas Genzel. “Kami telah mempersiapkan secara intens untuk peristiwa ini selama beberapa tahun, karena kami ingin memanfaatkan kesempatan unik ini untuk mengamati efek relativitas umum.”
Pengukuran baru dengan jelas mengungkapkan efek yang disebut pergeseran merah gravitasi. Cahaya dari bintang diregangkan ke panjang gelombang yang lebih panjang – menuju ujung merah spektrum elektromagnetik – oleh medan gravitasi yang sangat kuat dari lubang hitam.
Dan perubahan panjang gelombang cahaya dari S2 sama persis dengan yang diprediksi oleh teori relativitas umum Einstein. Ini adalah pertama kalinya bahwa penyimpangan dari prediksi teori gravitasi Newton yang lebih sederhana ini telah diamati dalam gerakan bintang di sekitar lubang hitam supermasif.
Tim menggunakan SINFONI untuk mengukur kecepatan S2 ke arah dan menjauh dari Bumi dan instrumen GRAVITY di Interferometer VLT (VLTI) untuk membuat pengukuran yang sangat tepat dari perubahan posisi S2 untuk menentukan bentuk orbitnya. GRAVITY menciptakan gambar tajam yang dapat mengungkap gerakan bintang dari malam ke malam saat melewati lubang hitam – 26.000 tahun cahaya dari Bumi.
“Pengamatan pertama kami terhadap S2 dengan GRAVITY , sekitar dua tahun yang lalu, sudah menunjukkan bahwa kami akan memiliki laboratorium lubang hitam yang ideal,” tambah Frank Eisenhauer (MPE), Kepala Peneliti GRAVITY dan spektrograf SINFONI. “Selama perjalanan yang dekat, kami bahkan bisa mendeteksi cahaya samar di sekitar lubang hitam di sebagian besar gambar, yang memungkinkan kami untuk secara tepat mengikuti bintang di orbitnya, yang pada akhirnya mengarah pada pendeteksian pergeseran merah gravitasi dalam spektrum S2.”
Pengukuran yang sangat tepat ini dilakukan oleh tim internasional yang dipimpin oleh Reinhard Genzel dari Institut Max Planck untuk Fisika Ekstraterestrial (MPE) di Garching, Jerman, bersama dengan kolaborator di seluruh dunia dan ESO. Observasi merupakan puncak dari rangkaian pengamatan selama 26 tahun yang selalu lebih tepat dari pusat Bima Sakti menggunakan instrumen ESO.
Lebih dari seratus tahun setelah ia menerbitkan makalahnya yang menyusun persamaan relativitas umum, Einstein telah terbukti benar sekali lagi – di laboratorium yang jauh lebih ekstrim daripada yang mungkin dibayangkannya!
Penelitian tim telah dipublikasikan dalam jurnal Astronomy & Astrophysics .
