Bintang neutron akan memberi tahu kita apakah itu hanya ilusi

Untuk menjelaskan fenomena kosmologis seperti perluasan alam semesta yang dipercepat dengan teori Einstein, diperlukan sejumlah besar energi gelap misterius. Tetapi bagaimana jika energi gelap hanyalah ilusi dan relativitas umum itu sendiri perlu dimodifikasi? Sebuah studi SISSA baru, diterbitkan di Surat Verifikasi Fisik, menawarkan pendekatan baru untuk menjawab pertanyaan ini. Berkat upaya komputasi dan matematika yang luar biasa, para ilmuwan telah menciptakan simulasi pertama penggabungan biner neutron dalam teori di luar relativitas umum yang mereproduksi perilaku seperti energi gelap pada skala kosmologis. Hal ini memungkinkan perbandingan teori Einstein dan versi modifikasinya dan, dengan data yang cukup akurat, dapat memecahkan misteri energi gelap.

Selama sekitar 100 tahun, teori relativitas umum telah sangat berhasil dalam menggambarkan gravitasi dalam berbagai rezim dan telah lulus semua tes eksperimental di Bumi dan di tata surya. Namun, untuk menjelaskan pengamatan kosmologis seperti percepatan perluasan alam semesta yang teramati, kita harus memperkenalkan komponen gelap seperti Materi gelap dan energi gelapyang masih menjadi misteri.

Enrico Barausse, astrofisikawan di SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati) dan peneliti utama dari hibah ERC GRAMS (GRavity from Astrophysical to Microscopic Scales) mempertanyakan apakah gelap energi itu nyata atau malah bisa diartikan sebagai gangguan dalam pemahaman kita tentang gravitasi. “Keberadaan energi gelap mungkin hanya ilusi,” katanya, “percepatan ekspansi alam semesta mungkin disebabkan oleh beberapa modifikasi relativitas umum yang belum diketahui, semacam ‘gravitasi gelap’.”

Penggabungan bintang neutron memberikan situasi unik untuk menguji hipotesis ini karena gravitasi di sekitar mereka didorong ke ekstrem. “Bintang-bintang neutron adalah bintang terpadat yang ada, biasanya hanya berjari-jari 10 kilometer, tetapi dengan massa antara satu atau dua kali massa Matahari kita,” jelas ilmuwan tersebut. “Ini membuat gravitasi dan ruang-waktu di sekitar mereka menjadi ekstrem, memungkinkan produksi gelombang gravitasi yang berlebihan ketika keduanya bertabrakan. Kita dapat menggunakan data yang diperoleh selama peristiwa tersebut untuk mempelajari bagaimana gravitasi bekerja dan untuk menguji Einstein teori di jendela baru.”

Dalam penelitian ini, diterbitkan dalam Surat Verifikasi FisikIlmuwan SISSA, bekerja sama dengan fisikawan dari Universitat de les Illes Balears di Palma de Mallorca, telah menciptakan simulasi pertama penggabungan file biner bintang neutron dalam teori gravitasi yang dimodifikasi yang relevan dengan kosmologi: “Jenis simulasi ini sangat menantang karena sifat masalah yang sangat nonlinier,” jelas Miguel Bezares, penulis pertama karya tersebut. Ini membutuhkan upaya komputasi yang sangat besar – berbulan-bulan berjalan di superkomputer – yang juga dimungkinkan oleh kesepakatan antara SISSA dan konsorsium CINECA dan oleh formulasi matematika baru yang telah kami kembangkan. Ini adalah hambatan utama selama bertahun-tahun sampai simulasi pertama kami.”

Berkat simulasi ini, para peneliti akhirnya dapat membandingkan relativitas umum dan gravitasi yang dimodifikasi. “Anehnya, kami menemukan bahwa hipotesis ‘gravitasi gelap’ sama baiknya dengan Relativitas umum dalam menjelaskan data yang dikumpulkan oleh interferometer LIGO dan Virgo selama tumbukan biner neutron sebelumnya. Faktanya, perbedaan antara kedua teori dalam sistem ini cukup halus, tetapi mereka dapat dideteksi oleh interferometer gravitasi generasi berikutnya, seperti Teleskop Einstein di Eropa dan Penjelajah Kosmik di AS. Ini membuka kemungkinan menarik menggunakan gelombang gravitasi untuk membedakan antara energi gelap dan ‘kegelapan’ berat‘” simpul Barausse.