FYI.

This story is over 5 years old.

Serba-serbi Antariksa

Gelombang Gravitasi Tidak Menunjukkan Bukti Adanya Dimensi Lain di Alam Semesta

Pengamatan cahaya dari bintang neutron memberikan dasar untuk mengukur efek dimensi ekstra pada propagasi gelombang gravitasi melalui ruang angkasa.
Foto: NASA 

Tahun lalu, tiga fisikawan menerima Penghargaan Nobel berkat pendeteksian gelombang gravitasi yang dihasilkan oleh gelombang hitam yang bertabrakan. Dua minggu setelah penerimaan penghargaannya, fisikawan dari laboratorium yang sama—Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO)—mengumumkan bahwa mereka telah mendeteksi gelombang gravitasi yang dihasilkan oleh tabrakan dua bintang neutron yang sangat padat.

Iklan

Berbeda dari lubang hitam, yang hanya bisa terdeteksi oleh gangguan kecil dalam sistem laser raksasa, tabrakan bintang neutron juga menghasilkan cahaya yang dapat dideteksi dengan receiver optik. Setelah itu, fisikawan di LIGO melakukan dua pengukuran dari peristiwa yang sama. Yang satu mengukur gelombang gravitasi, dan yang lainnya mengukur partikel cahaya.

Dalam teori gravitasi dimensi ekstra, propagasi cahaya yang melalui ruang angkasa tidak dipengaruhi oleh dimensi ekstra ini, sedangkan gelombang gravitasi mendapatkan pengaruh. Dengan membandingkan pengukuran gelombang gravitasi dan cahaya saat disebarkan melalui ruang angkasa, fisikawan di LIGO berhasil menentukan apakah dua gelombang ini mengalami jumlah dimensi ruang waktu yang sama.

Menurut penelitiannya yang diterbitkan dalam Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, pengukuran tabrakan bintang neutron menunjukkan bahwa gelombang gravitasi dan partikel cahaya mengalami empat dimensi (tiga dimensi spasial ditambah waktu). Dengan kata lain, peristiwa astrofisika ini tidak menunjukkan bukti keberadaan dimensi ruang waktu yang lebih tinggi seperti yang diprediksi oleh beberapa teori gravitasi. Hal ini sangat penting karena kendala ini membatasi teori yang dipertimbangkan soal sifat gravitasi dan hubungannya dengan dark matter dan energi gelap, dua misteri terbesar di dunia fisika.

"Kami punya banyak bukti tidak langsung bahwa dark matter dan energi gelap itu benar ada, tetapi kami tidak tahu itu apa," kata Daniel Holz, associate professor jurusan fisika di University of Chicago, kepadaku lewat email. "Pernah ada teoretikus yang menjelaskan fenomena ini secara kreatif yaitu dengan memodifikasi cara kerja gravitasi pada jarak besar, dan khususnya, dengan menambahkan dimensi ekstra ke dalam teorinya."

Iklan

Menurut teori relativitas umum Einstein, kekuatan gelombang gravitasi “menurun terbalik dengan jarak luminositas.” Sederhananya, peningkatan jarak ke sumber terbukti sesuai dengan penurunan gelombang gravitasi setelah memperhitungkan bagaimana kelengkungan ruang dan waktu serta perluasan alam semesta memengaruhi sumber gelombang gravitasi. Akan tetapi, hubungannya mulai berubah ketika kamu menambahkan dimensi ekstra ke dalam teori gravitasi.


Tonton dokumenter Motherboard yang menyorot upaya terbaru peneliti memahami materi gelap di alam semesta:


Bagi teori gravitasi dimensi ekstra yang “non-compact”—yang bukan teori dawai di mana dimensi ekstra melilit sendiri—gelombang gravitasi akan “bocor” ke dalam dimensi ekstra tersebut ketika menyebar melalui ruang dan waktu. Ini akan menyebabkan penurunan kekuatan ketika terdeteksi oleh receiver dibandingkan dengan prediksi dari relativitas umum.

Kita tidak bisa mengujinya dengan data dari gelombang gravitasi saja, karena itu bergantung pada jarak ke sumber gelombang gravitasi. Gelombang yang terdeteksi dengan kekuatan yang lebih kecil dari yang diperkirakan bisa disebabkan oleh kesalahan dalam jarak yang disimpulkan ke sumber gelombang atau bisa juga karena kebocoran ke dimensi yang lebih tinggi. Tidak ada yang bisa mengetahuinya tanpa menggunakan cara berbeda untuk mengukur kejadian yang sama yang tidak dipengaruhi oleh dimensi ekstra.

Dalam teori gravitasi dimensi ekstra, kebocoran ke dimensi lain hanya terjadi dengan gelombang gravitasi yang frekuensinya sangat rendah. Beberapa teori bahkan mengandaikan bahwa ini hanya terjadi pada panjang gelombang dalam skala cakrawala kosmik (mis. beberapa miliar tahun cahaya). Dengan demikian, peristiwa yang menghasilkan gelombang gravitasi dan radiasi elektromagnetik—seperti tabrakan dua bintang neutron—memberikan dasar untuk mengukur dimensi ekstra pada gelombang gravitasi karena radiasi elektromagnetik tidak terpengaruh dalam teori-teori ini.

Akan tetapi, hasil terbaru dari LIGO menunjukkan bahwa tidak ada kebocoran gelombang gravitasi ke dalam dimensi ruang waktu lain. Kekuatannya pada receiver LIGO persis seperti yang diperkirakan. Ini menyiratkan bahwa gelombang gravitasi dan elektromagnetik hanya mengalami empat dimensi (tiga dimensi spasial ditambah waktu), bahkan jika diukur dengan skala ratusan juta tahun cahaya.

“Kami dapat menguji langsung bahwa gelombang gravitasi dan cahaya mengelilingi alam semesta yang sama. Kami juga menemukan bahwa keduanya mengalami dimensi 3+1 biasa,” kata Holz. “Ini pertama kalinya kami bisa mengujinya langsung. Kami sangat takjub bisa mengukur langsung jumlah dimensi ruang waktu yang ada di alam semesta.”