Kabar dari Bintang Dekat Pusat Bima Sakti: Dukungan Lagi untuk Teori Gravitasi Einstein

Kamis 26 Juli 2018 adalah salah satu hari yang amat berarti bagi Fisika dan Astronomi. Relativitas umum Einstein sukses dibuktikan melalui eksperimen oleh laboratorium alami di pusat galaksi Bima Sakti untuk pertama kali sepanjang sejarah.

Pusat Bima Sakti kita – sering ditulis “Galaksi” saja dengan huruf kapital G – adalah lingkungan sangat padat bintang. Di langit, pusat Galaksi berada di arah konstelasi Sagittarius, dekat dengan perbatasan rasi Scorpius. Pusat Galaksi tidak bisa dilihat pada cahaya tampak karena terhalang oleh debu dan gas penyerap gelombang optik di sepanjang bidang Galaksi antara Tata Surya kita dengannya. Meski begitu, sinyal yang memiliki panjang gelombang lebih besar dari cahaya tampak masih bisa lolos sehingga data dari daerah pusat Galaksi tetap bisa kita kumpulkan.

Cahaya infra merah dari pusat Galaksi memberi tahu kita tentang keberadaan kumpulan bintang masif muda yang mengorbit sangat dekat, pada orde jarak seperseribu tahun cahaya saja dari pusat Galaksi. Mereka dikenal sebagai gugus bintang S. Studi terhadap gerak bintang-bintang ini mengindikasikan keberadaan lubang hitam supermasif (supermassive blackhole – SMBH) bermassa lebih dari 4 juta massa Matahari di sana, menjadikan pusat Galaksi sebagai lingkungan dengan medan gravitasi paling ekstrem terdekat dari Bumi. Lokasi ideal untuk menguji kebenaran teori relativitas umum Einstein.

Pucuk dicinta ulam pun tiba.

S2, bintang yang diketahui sebagai pengorbit pusat Galaksi terdekat kedua setelah S102, Mei 2018 lalu melintasi periastronnya (periastron: jarak terdekat) terhadap SMBH, menggenapi piranti eksperimen alam yang tengah diharapkan. S2 melengkapkan orbitnya setiap kurang lebih 16 tahun sekali.

Very Large Telescope (VLT) milik ESO yang terdiri dari 4 teleskop utama dengan diameter masing-masing 8,2 meter serta 4 teleskop kecil tambahan di Observatorium Paranal, Chile, memonitor bintang S2 selama momen ini berlangsung dengan tingkat presisi yang belum pernah diraih sebelumnya.

Sebagai analogi, bayangkan kita pindahkan sebuah stadion sepak bola di Bumi ke permukaan Bulan. Dengan teknologi yang diterapkan untuk memantau bintang S2, VLT bersama peralatan barunya akan mampu merekam pergerakan bola dalam pertandingan di stadion sepak bola Bulan itu secara detail dari Bumi. Ini dicapai salah satunya dengan bantuan gabungan kamera dan spektrograf dalam sistem adaptif optik NACO yang berperan untuk mengoreksi ketidakstabilan atmosfer di atas teleskop.

Spektrograf SINFONI dipasang di salah satu teleskop utama untuk menangkap spektrum bintang S2. Kecepatan gerak bintang S2 dihitung dari spektrum ini. Pada titik terdekatnya terhadap SMBH, S2 bergerak dengan laju lebih dari 6900 km/detik, hampir 3% dari kecepatan cahaya. Posisi bintang S2 ditentukan hingga akurasi 6 cm oleh instrumen GRAVITY. Alat ini memanfaatkan seluruh teleskop VLT, menjadikannya sebagai sebuah sistem interferometer yang mampu mengukur posisi bintang S2 dengan ketelitian tinggi. Pada titik terdekatnya, S2 hanya berjarak 2 mili tahun cahaya saja dari SMBH. Sebagai pembanding, pusat Galaksi berjarak 26.000 tahun cahaya dari Bumi. Hasil pengamatan terbaru ini kemudian digabungkan dengan pengamatan-pengamatan sebelumnya dari instrumen lain.

Tim internasional di bawah berbagai institusi yang dipimpin oleh Reinhard Genzel dari Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics membandingkan pengukuran posisi dan kecepatan bintang S2 dengan prediksi dari teori gravitasi Newton, relativitas umum Einstein, dan teori gravitasi lain.

Hasilnya? Pengamatan mengungkap terjadinya efek yang dinamakan pergeseran merah gravitasi. Apa itu?

Pergeseran merah gravitasi merupakan peregangan yang dialami cahaya sebagai akibat dari medan gravitasi sangat kuat SMBH. Pandangan Newtonian tidak memprediksi adanya efek ini. Cahaya dari bintang S2 di dekat SMBH membuktikan bahwa Einstein lah yang benar! Meskipun relativitas umum Einstein telah lama dibuktikan misalnya dari presesi orbit Merkurius, pelensaan gravitasi, dan pada tahun 2015 gelombang gravitasi, ini adalah kali pertama teori relativitas umum Einstein dibuktikan melalui pengamatan pergeseran merah gravitasi dari bintang di sekitar lubang hitam supermasif.