Salah satu ramalan dalam teori relativiti umum Einstein adalah bahawa mana-mana badan berputar mengalihkan struktur ruang-waktu di sekitarnya. Fenomena ini dikenali sebagai 'drag drag'.
Dalam kehidupan seharian, menyeret dan menjatuhkan bingkai tidak penting kerana kesannya sangat kecil. Untuk mengesan kesan ini, yang disebabkan oleh keseluruhan putaran Bumi, memerlukan satelit seperti 'Gravity Probe B' bernilai $ 750 juta, yang telah mengesan perubahan sudut giroskop bersamaan satu darjah setiap 100,000 tahun atau lebih.
Nasib baik bagi kita, terdapat banyak makmal graviti semula jadi di alam semesta di mana ahli fizik dapat melihat ramalan Einstein dalam semua kejayaan mereka.
Kelengkungan ruang – masa. (Pusat Kecemerlangan Mark Myers / OzGrav ARC)
Kajian oleh pasukan saintis, yang diterbitkan dalam jurnal Science, mendedahkan bukti menyeret dan menjatuhkan bingkai pada skala yang lebih menonjol menggunakan teleskop radio dan sepasang bintang padat yang unik yang mengorbit satu sama lain dengan kecepatan yang sangat tinggi.
Pergerakan bintang-bintang ini dapat membuat para ahli astronomi bingung pada zaman Newton, kerana mereka bergerak dengan jelas dalam jangka waktu melengkung, dan teori relativiti umum Einstein diperlukan untuk menjelaskan lintasan mereka.
Relativiti umum adalah asas teori graviti moden. Ini menerangkan pergerakan tepat bintang, planet dan satelit, dan juga peredaran masa. Salah satu ramalannya yang kurang terkenal adalah bahawa badan berputar menyeret ruang-ruang bersama dengan mereka. Semakin cepat objek berputar dan semakin besar, semakin ketara peralihan ruang-waktu.
Satu jenis objek adalah kerdil putih. Ini adalah sisa-sisa bintang mati yang beberapa kali jisim Matahari kita, tetapi telah menghabiskan bahan bakar hidrogennya.
Yang tersisa sama dengan Bumi, tetapi beratus-ratus ribu kali lebih besar. Kerdil putih juga dapat berputar dengan sangat cepat, membuat revolusi lengkap setiap satu atau dua minit, dan bukannya 24 jam seperti Bumi.
Seretan yang disebabkan oleh kerdil putih seperti itu akan lebih besar 100 juta kali lebih kuat daripada Bumi.
Itu semua baik dan baik, tetapi kita tidak dapat terbang ke kerdil putih dan melancarkan satelit di sekitarnya. Nasib baik, alam baik kepada ahli astronomi dan mempunyai cara tersendiri yang membolehkan kita memerhatikannya melalui bintang yang mengorbit yang disebut pulsar.
Dua puluh tahun yang lalu, teleskop radio CSIRO Parkes menemui sepasang bintang unik yang terdiri dari kerdil putih (ukuran Bumi, tetapi kira-kira 300,000 kali lebih berat) dan radio pulsar (ukuran sebuah kota kecil, tetapi 400,000 kali lebih berat daripada Bumi).
Berbanding dengan kerdil putih, pulsar pada umumnya berada pada tahap yang berbeza. Mereka tidak terbuat dari atom biasa, tetapi neutron ditekan bersama, menjadikannya sangat padat. Lebih-lebih lagi, pulsar berputar 150 kali seminit.
Ini bermaksud bahawa 150 kali seminit 'pancaran suar' gelombang radio yang dipancarkan oleh pulsar ini melepasi titik pandang kita di Bumi. Kita dapat menggunakan ini untuk merancang jalan pulsar ketika berputar di sekitar kerdil putih, berdasarkan pada waktu nadi mencapai teleskop kita dan mengetahui kelajuan cahaya. Kaedah ini menunjukkan bahawa dua bintang saling mengorbit dalam masa kurang dari 5 jam.
Pasangan ini, yang secara rasmi bernama PSR J1141-6545, adalah makmal graviti yang ideal. Sejak tahun 2001, para saintis telah pergi ke CSIRO Parkes beberapa kali dalam setahun untuk memetakan orbit sistem ini, yang menunjukkan banyak kesan graviti Einstein.
Walaupun PSR J1141-6545 berjarak beberapa ratus quadrillion kilometer (quadrillion – juta billion), kita tahu pulsar berputar 2.5387230404 kali sesaat dan orbitnya seimbang.
Ini bermaksud bahawa satah orbitnya tidak tetap, tetapi berputar perlahan.
Bagaimana sistem ini berlaku?
Apabila pasangan bintang muncul, yang paling besar mati terlebih dahulu, sering mencipta kerdil putih. Sebelum bintang kedua mati, ia memindahkan bahan kepada rakannya.
Kerdil putih berputar sambil menyerap bahan dari rakannya. (Pusat Kecemerlangan ARC untuk Penemuan Gelombang Graviti)
Cakera terbentuk apabila bahan ini jatuh ke arah kerdil putih, dan cakera mempercepat kerdil putih selama puluhan ribu tahun.
Pada kejadian yang jarang berlaku seperti ini, bintang kedua dapat meletup menjadi supernova, meninggalkan pulsar. Kerdil putih yang berputar dengan pantas menyeret ruang-waktu dengannya, menyebabkan satah orbit pulsar condong. Kemiringan inilah yang kita perhatikan dalam pemetaan orbit pulsar kita.
Einstein sendiri berpendapat bahawa banyak ramalannya mengenai ruang dan masa tidak akan dapat ditemui. Tetapi dalam beberapa tahun terakhir, telah terjadi revolusi dalam astrofizik ekstrem, termasuk penemuan gelombang graviti dan gambar lubang hitam menggunakan rangkaian teleskop di seluruh dunia.
Matthew Bales, Fellow Penyelidik ARC, Universiti Teknologi Swinburne, Felo Penyelidik Institut Max Planck.
Artikel ini diterbitkan oleh The Conversation.
Sumber: Foto: Mark Myers / Pusat Kecemerlangan ARC OzGrav / Universiti Teknologi Swinburne
