Cahaya dari Kluster Galaksi Mengkonfirmasi Teori Relativitas Einstein

"Ternyata, perhitungan teoritis pergeseran merah gravitasi berdasarkan teori relativitas umum adalah sangat sesuai dengan pengamatan astronomi."

---

Segala observasi dalam astronomi berbasis pada cahaya yang dipancarkan dari bintang dan galaksi. Sedangkan berdasarkan teori relativitas umum, cahaya akan terpengaruh oleh gravitasi. Pada saat yang sama, semua interpretasi dalam astronomi didasarkan pada teori kebenaran yang relatif, namun belum pernah memungkinkan untuk menguji teori gravitasi Einstein pada skala yang lebih besar lagi daripada tata surya. Kini, para astrofisikawan dari Dark Cosmology Centre di Niels Bohr Institute telah berhasil mengukur bagaimana cahaya dipengaruhi oleh gravitasi pada perjalanan keluarnya dari kluster galaksi. Pengamatan ini mengkonfirmasi prediksi teoritis.

Hasilnya telah dipublikasikan dalam jurnal ilmiah, Nature.

Pengamatan pada jarak yang besar di alam semesta didasarkan pada pengukuran pergeseran merah, yang merupakan fenomena di mana panjang gelombang cahaya dari galaksi jauh bergeser lagi dan lagi ke arah merah dengan jarak yang lebih besar. Pergeseran merah menunjukkan seberapa banyak alam semesta mengembang dari saat cahaya tertinggal hingga diukur di Bumi. Selanjutnya, menurut teori relativitas umum Einstein, cahaya dan pergeseran merah juga dipengaruhi oleh gravitasi dari massa besar seperti kluster galaksi dan menyebabkan pergeseran merah gravitasional pada cahaya. Tetapi pengaruh gravitasi pada cahaya belum pernah diukur pada skala kosmologis.

“Ini sungguh menabjudkan. Kita hidup di era dengan kemampuan teknologi yang benar-benar bisa mengukur fenomena seperti pergeseran merah gravitasional kosmologis,” kata astrofisikawan Radek Wojtak, dari Dark Cosmology Centre di bawah Niels Bohr Institute di University of Copenhagen.

Hingga saat ini, pergeseran merah gravitasional hanya diuji dengan percobaan dan pengamatan dalam kaitannya dengan jaraknya di bumi dan dalam kaitannya dengan sistem tata surya. Dengan penelitian baru, teori ini telah diuji pada skala kosmologis untuk pertama kalinya dengan menganalisis galaksi-galaksi dalam kluster galaksi di alam semesta jauh. Ini adalah skala yang sangat besar, yang merupakan faktor 1.022 kali lebih besar (sepuluh ribu miliar miliar kali lebih besar dibandingkan dengan pengujian laboratorium). Data yang terobservasi ini mengkonfirmasikan teori umum relativitas Einstein. (Kredit: Dark Cosmology Centre, Niels Bohr Institute)

Kluster galaxy dalam sorotan cahaya

Radek Wojtak, bersama dengan kolega Steen Hansen dan Jens Hjorth, telah menganalisis pengukuran cahaya galaksi pada sekitar 8.000 kluster galaksi. Kluster galaksi adalah akumulasi dari ribuan galaksi, yang menggerombol akibat gravitasi mereka sendiri. Gravitasi ini mempengaruhi cahaya yang dikirim ke ruang angkasa dari galaksi-galaksi tersebut.

Para peneliti telah mempelajari galaksi-galaksi yang berada di tengah kluster galaksi dan yang terletak di pinggirannya, lalu mengukur panjang gelombang cahayanya.

“Kami bisa mengukur perbedaan kecil dalam pergeseran merah galaksi-galaksi tersebut dan melihat bahwa cahaya dari galaksi yang berada di tengah-tengah kluster ‘merangkak’ keluar melalui medan gravitasi, sedangkan cahaya dari galaksi-galaksi terpencil lebih mudah untuk muncul,” jelas Radek Wojtak.

Kemudian dia mengukur total massa kluster galaksi, dan juga dengan yang terkena potensial gravitasi. Dengan menggunakan teori relativitas umum dia kini bisa menghitung pergeseran merah gravitasional pada lokasi-lokasi galaksi yang berbeda.

“Ternyata, perhitungan teoritis pergeseran merah gravitasional berdasarkan teori relativitas umum adalah sangat sesuai dengan pengamatan astronomi. Analisis kami pada pengamatan kluster galaksi menunjukkan bahwa pergeseran merah cahaya tersebut secara proporsional berimbang dalam kaitannya dengan pengaruh gravitasional dari gravitasi kluster galaksi. Dengan demikian, pengamatan kami mengkonfirmasi teori relativitas,” jelas Radek Wojtak.

Cahaya baru di alam semesta gelap

Penemuan ini memiliki arti penting bagi fenomena di alam semesta yang tengah berusaha diungkap oleh para peneliti, yaitu alam semesta gelap yang misterius – materi gelap dan energi gelap.

Selain benda-benda angkasa yang terlihat seperti bintang, planet dan galaksi, alam semesta juga terdiri dari sejumlah besar materi, yang menurut para peneliti bahwa itu ada, namun yang tidak bisa diamati karena tidak memancarkan atau memantulkan cahaya. Tidak terlihat sehingga disebut sebagai materi gelap. Tidak ada yang tahu seperti apakah materi gelap itu, tapi mereka tahu massa dan gravitasinya. Hasil terbaru mengenai pergeseran merah gravitasional tidak mengubah model para peneliti untuk keberadaan materi gelap.

Komponen utama lainnya di alam semesta adalah energi gelap, yang menurut model teoritis bertindak seperti vakum yang menyebabkan dipercepatnya ekspansi alam semesta. Menurut perhitungan, yang didasarkan pada teori relativitas Einstein, energi gelap merupakan 72 persen struktur alam semesta. Banyak teori-teori alternatif yang mencoba menjelaskan percepatan ekspansi tanpa kehadiran energi gelap.

Teori diuji dalam skala besar

“Sekarang teori relativitas umum telah diuji pada skala kosmologis dan ini menegaskan bahwa teori relativitas umum memang bekerja. Artinya, ada indikasi kuat akan keberadaan energi gelap,” jelas Radek Wojtak.

Hasil gravitasional baru ini dengan demikian mengkontribusikan sepotong wawasan baru untuk memahami alam semesta gelap dan memberi pemahaman yang lebih besar tentang sifat alam semesta terlihat.