Kredit gambar: NRAO
Berteori oleh Einstein selama hampir satu abad, ahli fizik telah menemui bukti untuk menyokong teori bahawa kekuatan graviti bergerak pada kelajuan cahaya. Variasi bagaimana gambaran quasar dibengkokkan dengan kelajuan graviti ini.
Dengan memanfaatkan penjajaran kosmik yang jarang berlaku, para saintis telah membuat pengukuran pertama mengenai kecepatan di mana daya graviti menyebar, memberikan nilai numerik kepada salah satu pemalar asas fizik terakhir yang tidak diukur.
"Newton berpendapat bahawa kekuatan graviti itu seketika. Einstein menganggap bahawa ia bergerak dengan kecepatan cahaya, tetapi sampai sekarang, tidak ada yang mengukurnya, ”kata Sergei Kopeikin, seorang ahli fizik di University of Missouri-Columbia.
"Kami telah menentukan bahawa kecepatan penyebaran graviti sama dengan kecepatan cahaya dalam ketepatan 20 persen," kata Ed Fomalont, seorang astronom di National Radio Astronomy Observatory (NRAO) di Charlottesville, VA. Para saintis menyampaikan penemuan mereka pada pertemuan American Astronomical Society di Seattle, WA.
Pengukuran mercu tanda penting bagi ahli fizik yang mengusahakan teori medan bersatu yang berusaha menggabungkan fizik zarah dengan teori relativiti umum dan teori elektromagnetik Einstein.
"Pengukuran kami meletakkan beberapa had kuat pada teori-teori yang mengusulkan dimensi tambahan, seperti teori superstring dan teori brane," kata Kopeikin. "Mengetahui kelajuan graviti dapat memberikan ujian penting tentang keberadaan dan kekompakan dimensi tambahan ini," tambahnya.
Teori superstring mencadangkan bahawa zarah-zarah asas alam tidak seperti titik, tetapi gelung atau tali yang sangat kecil, yang sifatnya ditentukan oleh mod getaran yang berbeza. Brane (perkataan yang berasal dari membran) adalah permukaan multidimensi, dan beberapa teori fizikal semasa mencadangkan bran ruang-waktu yang tertanam pada lima dimensi.
Para saintis menggunakan Array Baseline Sangat Panjang National Science Foundation (VLBA), sistem teleskop radio seluruh benua, bersama dengan teleskop radio 100 meter di Effelsberg, Jerman, untuk membuat pemerhatian yang sangat tepat ketika planet Musytari melintas hampir di depan quasar terang pada 8 September 2002.
Pemerhatian tersebut mencatatkan "lenturan" gelombang radio yang sangat kecil yang berasal dari latar quasar oleh kesan graviti Jupiter. Lenturan menghasilkan perubahan kecil pada kedudukan jelas quasar di langit.
"Kerana Musytari bergerak mengelilingi Matahari, jumlah lenturan tepat bergantung sedikit pada kecepatan gravitasi merambat dari Musytari," kata Kopeikin.
Musytari, planet terbesar di Sistem Suria, hanya cukup dekat ke jalur gelombang radio dari kuasar terang yang sesuai kira-kira sekali dalam satu dekad untuk pengukuran itu dibuat, kata para saintis.
Penjajaran cakerawala sekali dalam satu dekad adalah yang terakhir dalam rangkaian peristiwa yang memungkinkan mengukur kelajuan graviti mungkin. Yang lain termasuk pertemuan kebetulan kedua saintis pada tahun 1996, sebuah terobosan dalam teori fisika dan pengembangan teknik khusus yang memungkinkan pengukuran yang sangat tepat dibuat.
"Tidak ada yang pernah mencoba mengukur kecepatan gravitasi sebelumnya kerana kebanyakan ahli fizik menganggap bahawa satu-satunya cara untuk melakukannya adalah dengan mengesan gelombang graviti," kenang Kopeikin. Namun, pada tahun 1999, Kopeikin memperluas teori Einstein untuk memasukkan kesan graviti badan yang bergerak pada gelombang cahaya dan radio. Kesannya bergantung pada kelajuan graviti. Dia menyedari bahawa jika Musytari bergerak hampir di hadapan bintang atau sumber radio, dia dapat menguji teorinya.
Kopeikin mengkaji orbit Musytari yang diramalkan untuk 30 tahun ke depan dan mendapati bahawa planet gergasi itu akan melintas cukup dekat di hadapan quasar J0842 + 1835 pada tahun 2002. Namun, dia dengan cepat menyedari bahawa kesan pada kedudukan jelas quasar di langit disebabkan dengan kecepatan graviti akan sangat kecil sehingga satu-satunya teknik pemerhatian yang mampu mengukurnya adalah Interferometri Garis Dasar Sangat Panjang (VLBI), teknik yang terkandung dalam VLBA. Kopeikin kemudian menghubungi Fomalont, pakar terkemuka dalam VLBI dan pemerhati VLBA yang berpengalaman.
"Saya segera menyedari betapa pentingnya eksperimen yang dapat membuat pengukuran pertama bagi pemalar asas semula jadi," kata Fomalont. "Saya memutuskan bahawa kami harus memberikan ini yang terbaik," tambahnya.
Untuk mendapatkan tahap ketepatan yang diperlukan, kedua saintis menambahkan teleskop Effelsberg pada pemerhatian mereka. Semakin luas pemisahan antara dua antena teleskop radio, semakin besar daya penyelesaian, atau kemampuan untuk melihat perincian yang baik, dapat dicapai. VLBA merangkumi antena di Hawaii, benua Amerika Syarikat, dan St. Croix di Caribbean. Antena di seberang Atlantik menambah kekuatan penentu.
"Kami harus membuat pengukuran dengan ketepatan sekitar tiga kali lebih banyak daripada yang pernah dilakukan orang lain, tetapi kami tahu, pada prinsipnya, itu dapat dilakukan," kata Fomalont. Para saintis menguji dan menyempurnakan teknik mereka dalam "larian kering", kemudian menunggu Jupiter membuat hantaran di depan quasar.
Penantian itu termasuk menggigit kuku. Kegagalan peralatan, cuaca buruk, atau ribut elektromagnetik di Musytari itu sendiri boleh menyabot pemerhatian. Walau bagaimanapun, keberuntungan dan pemerhatian para saintis pada frekuensi radio 8 GigaHertz menghasilkan data yang cukup baik untuk membuat pengukuran mereka. Mereka mencapai ketepatan yang sama dengan lebar rambut manusia yang dilihat dari jarak 250 batu.
"Matlamat utama kami adalah untuk mengesampingkan kelajuan graviti yang tidak terbatas, dan kami melakukannya dengan lebih baik lagi. Kami sekarang tahu bahawa kelajuan graviti mungkin sama dengan kelajuan cahaya, dan dengan yakin kita dapat mengecualikan kelajuan graviti yang melebihi dua kali cahaya, "kata Fomalont.
Sebilangan besar saintis, kata Kopeikin, akan berasa lega kerana kelajuan graviti selaras dengan kepantasan cahaya. "Saya percaya eksperimen ini memberi cahaya baru pada asas relativiti umum dan merupakan yang pertama dari banyak kajian dan pemerhatian graviti yang kini mungkin dilakukan kerana ketelitian VLBI yang sangat tinggi. Kami mempunyai banyak lagi untuk belajar mengenai kekuatan kosmik yang menarik ini dan hubungannya dengan kekuatan lain di alam, ”kata Kopeikin.
Ini bukan kali pertama Musytari berperanan dalam menghasilkan ukuran pemalar fizikal asas. Pada tahun 1675, Olaf Roemer, ahli astronomi Denmark yang bekerja di Observatory Paris, membuat penentuan kelajuan cahaya pertama yang tepat dengan memerhatikan gerhana salah satu bulan Musytari.
Sumber Asal: Siaran Berita NRAO
