Oleh: Siri Chongchitnan

Para ilmuwan di balik Teleskop BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) tahun lalu membuat pengakuan yang luar biasa bahwa mereka telah mendeteksi gelombang gravitasi, yang memenuhi ruang-waktu. Awalnya hal itu dipuji sebagai penemuan paling inovatif abad ini, namun ternyata hal itu terbukti keliru sebagai debu sinyal galaksi biasa.

Jadi apakah kita benarbenar akan dapat menemukan gelombang gravitasi? Dan apakah mereka benar-benar memberikan bukti tak terbantahkan tentang Big Bang (Dentuman Besar, teori tentang ledakan yang menciptakan alam semesta)?

Berikut adalah lima mitos umum dan kesalahpahaman tentang gelombang gravitasi.

1. Pencarian baru saja dimulai

Masyarakat awam menilai pencarian gelombang gravitasi seperti baru saja dimulai, namun hal itu sebenarnya telah berlangsung selama puluhan tahun tanpa keberhasilan.

Gelombang gravitasi adalah gangguan denyut, atau “riak” yang diproduksi di struktur ruang- waktu seiring dengan obyek yang masif bergerak melaluinya. Seiring dengan penyebarannya, mereka meregangkan dan menindih objek, pada skala subatomik. Karena itu para ilmuwan telah berusaha menunjukkan adanya gelombang gravitasi dengan melihat bagaimana benda-benda di dekatnya terpengaruh.

Pada 1968, fisikawan Amerika, Joseph Weber mengaku telah mendeteksi gelombang gravitasi dengan cara menggunakan detektor esoterisnya yang terdiri dari silinder aluminium besar. Namun klaim ini kemudian terbantah.

Pada zaman modern ini, para ilmuwan lebih suka menggunakan interferometri laser untuk mencari gelombang gravitasi. Ia bekerja dengan memisahkan sinar laser dalam dua arah tegak lurus dan saling mengirim menyusuri terowongan vakum panjang. Dua jalur tersebut kemudian dipantulkan kembali oleh cermin ke titik awal, dimana detektor ditempatkan. Jika gelombang terganggu oleh gelombang gravitasi dalam perjalanan mereka, kombinasi balok akan berbeda dari aslinya.

2. Gelombang berasal dari alam semesta awal

Sumber terkuat gelombang gravitasi berasal dari proses astrofisika, yang terjadi sepanjang waktu.

Sumber-sumber yang paling dominan adalah rotasi sepasang bintang putih kerdil atau lubang hitam (disebut “sistem biner”). Pasangan tersebut diduga secara bertahap kehilangan energi dengan memancarkan gelombang gravitasi. Hal ini ditunjukkan oleh penemuan pulsar Hulse-Taylor yang terkenal pada tahun 1974. Pulsar tersebut menyediakan bukti tidak langsung dari gelombang gravitasi seperti kehilangan energi pada tingkat yang telah diprediksi oleh teori relativitas umum (gelombangnya sendiri tidak terlihat).

Namun, para ilmuwan juga mencari gelombang gravitasi yang dihasilkan tak lama setelah alam semesta lahir, yang disebut gelombang gravitasi primordial, yang jauh lebih sulit dipahami.

3. BICEP2 suatu saat bisa “melihat” gelombang gravitasi

Salah satu tujuan BICEP2 adalah mencoba untuk mendeteksi tanda-tanda dari gelombang gravitasi primordial yang tercetak di suhu Cosmic Microwave Background (CMB). Radiasi ini berisi cahaya yang pertama muncul dari sup partikel dasar ketika alam semesta baru berusia 300.000 tahun, jauh sebelum bintang-bintang pertama lahir.

Ketika gelombang cahaya bergetar dalam arah tertentu, kita katakan bahwa ia memiliki polarisasi tertentu. Jika gelombang gravitasi yang hadir pada saat ketika CMB lahir, mereka harus meninggalkan pola berputar unikmelengkung di polarisasi cahaya yang dijuluki “mode B”.

Oleh karena itu, mode B adalah bukti tidak langsung untuk gelombang gravitasi. Ini adalah poin penting: Percobaan seperti BICEP2 tidak akan pernah dapat mengamati gelombang gravitasi sendiri, hanya sidik jari yang mereka tinggalkan.

Bahkan debu dari sidik jari ini juga tidak mudah ditemukan. Mode B biasanya tertutup oleh sinyal yang lebih kuat dari emisi debu dan lensa efek calledgravitational, yang mencampur berbagai jenis pola polarisasi.

Tantangan yang kompleks ini akan ditangani oleh eksperimen BICEP generasi berikutnya seperti Atacama Cosmology Telescope (ACT) dan penggantinya yang telah direncanakan, AdvACT. Mereka akan dapat mengukur CMB untuk skala luar jangkauan Teleskop Planck, dan akan mendapat pelajaran berharga dari BICEP dalam pemodelan debu dan kontaminan lainnya. Prospek untuk mendeteksi mode B dalam satu dekade yang terlihat sangat menjanjikan.

Sejumlah pihak bahkan berspekulasi bahwa interferometer (alat pengukur panjang gelombang) ruang angkasa mungkin bisa mendeteksi gelombang primordial, dengan mengurangi gelombang terdeteksi dari proses astrofi sika yang dikenal.

4. Gelombang gravitasi akan buktikan Big Bang

Sumber awal gelombang gravitasi bukan Big Bang, tapi lebih kepada infl asi kosmologis: periode di mana alam semesta mengalami kilatan ekspansi eksponensial singkat hanya beberapa saat setelah Big Bang.

Gelombang gravitasi yang diklaim telah terdeteksi oleh BICEP2 sesungguhnya adalah produk sampingan dari ledakan yang mempercepat perluasan alam semesta ini. Hal ini sesuai dengan teori relativitas umum, yang memprediksi bahwa badan percepatan memancarkan gelombang gravitasi.

Inflasi saat ini dianggap sebagai model terkemuka dari alam semesta awal. Namun meski banyak prediksi utama tentang inflasi telah diverifikasi, keberadaan gelombang gravitasi primordial masih tetap sulit dipahami. Jika mereka diamati, mereka akan langsung memberitahu kita tentang skala energi dimana inflasi terjadi, yang membawa kita lebih dekat untuk memahami Big Bang. Tetapi mereka tidak akan membuktikan Big Bang, yang merupakan singularitas matematika yang belum kita mengerti.

5. Kita hanya membutuhkan 1 eksperimen untuk mendeteksinya

Bukti statistik yang kuat untuk gelombang gravitasi tentu saja akan membutuhkan lebih dari satu percobaan. Layaknya gelombang cahaya, gelombang gravitasi juga hadir dalam spectrum frekuensi. Kedua teknik deteksi (mode B dan laser interferometri) sedang mencari gelombang pada frekuensi yang berbeda, yang terpisah sejauh 15 kali lipat.

Teori yang paling sederhana memprediksi latar belakang gelombang gravitasi primordial dengan spectrum frekuensi tertentu, dengan kata lain kita mengetahui amplitude apa yang harus ada di masing-masing frekuensi. Jadi, jika para ilmuwan berhasil mendeteksi gelombang gravitasi pada dua frekuensi yang sangat berbeda ini, hal itu akan menjadi bukti kuat bagi eksistensi infl asi yang sulit dibantah bahkan oleh kaum skeptis yang paling keras menetang teori gravitasi ini.

Apakah pencarian itu bernilai?

Sangat tidak mungkin bahwa generasi pertama dari interferometer ruang angkasa akan mencapai sensitivitas yang diperlukan untuk mendeteksi gelombang gravitasi primordial. Sinyal tersebut akan terlihat seperti tidak diketahui dan pada prinsipnya, selamanya berada di luar jangkauan oleh interferometer masa depan.

Namun demikian, jika kita bisa mendeteksi gelombang gravitasi astrofi sika langsung, ini akan membuka cara-cara baru untuk menguji validitas teori relativitas Einstein umum, yang digunakan untuk menggambarkan gravitasi dalam fisika modern. Teori, yang telah dipertanyakan dalam beberapa tahun terakhir, memprediksi adanya gelombang gravitasi.

Hal ini juga akan memberikan wawasan baru ke dalam evolusi bintang, galaksi, dan lubang hitam yang kita tidak pernah bisa mendapatkan cara lain dalam menelitinya. (Osc)

Siri Chongchitnan adalah Dosen Matematika di University of Hull, Inggris.

Share

Video Popular