Energi Gelap: Bintang Neutron Memberi Tahu Kita, Itu Hanyalah Ilusi?

Sejumlah besar energi gelap misterius diperlukan untuk menjelaskan fenomena kosmologis, seperti perluasan alam semesta yang dipercepat, menurut teori Einstein. Tetapi bagaimana jika energi gelap hanyalah ilusi dan relativitas umum itu sendiri harus dimodifikasi?

Sebuah studi SISSA baru, yang diterbitkan dalam jurnal Physical Review Letters pada 1 Maret 2022 berjudul No Evidence of Kinetic Screening in Simulations of Merging Binary Neutron Stars beyond General Relativity, menawarkan pendekatan baru untuk menjawab pertanyaan ini.

Berkat upaya komputasi dan matematis yang besar, para ilmuwan menghasilkan simulasi pertama yang pernah ada tentang penggabungan bintang-bintang neutron biner dalam teori-teori di luar relativitas umum yang menghasilkan perilaku seperti energi-gelap pada skala kosmologis. Hal ini memungkinkan perbandingan teori Einstein dengan versi modifikasinya, dan, dengan data yang cukup akurat akan dapat memecahkan misteri energi gelap.

Selama sekitar 100 tahun sekarang, relativitas umum telah sangat berhasil menggambarkan gravitasi pada berbagai hal, melewati semua tes eksperimental di Bumi dan tata surya. Namun, untuk menjelaskan pengamatan kosmologis seperti percepatan perluasan alam semesta yang teramati, kita perlu memperkenalkan komponen gelap, seperti materi gelap dan energi gelap, yang masih menjadi misteri hingga kini.

Enrico Barausse, astrofisikawan di SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati) dan peneliti utama dari ERC yang menganugerahkan GRAMS (GRavity from Astrophysical to Microscopic Scales) mempertanyakan apakah energi gelap itu nyata atau, sebaliknya, dapat ditafsirkan sebagai pemecahan pemahaman gravitasi. "Keberadaan energi gelap bisa jadi hanya ilusi," katanya, "ekspansi alam semesta yang dipercepat mungkin disebabkan oleh beberapa modifikasi relativitas umum yang belum diketahui, semacam 'gravitasi gelap'."

Penggabungan bintang-bintang neutron menawarkan situasi unik untuk menguji hipotesis ini karena gravitasi di sekitar mereka didorong hingga ekstrem.

"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. "Ini membuat gravitasi dan ruangwaktu di sekitar mereka menjadi ekstrem, memungkinkan produksi gelombang gravitasi yang melimpah ketika dua di antaranya bertabrakan. Kita dapat menggunakan data yang diperoleh selama peristiwa tersebut untuk mempelajari cara kerja gravitasi dan menguji teori Einstein di jendela baru."

Dalam studi yang diterbitkan dalam Physical Review Letters, ilmuwan SISSA bekerja sama dengan fisikawan dari Universitat de les Illes Balears di Palma de Mallorca, menghasilkan simulasi pertama penggabungan bintang neutron biner dalam teori gravitasi termodifikasi yang relevan untuk kosmologi.

  "Jenis simulasi ini sangat menantang," jelas Miguel Bezares, penulis pertama makalah ini, "karena sifat masalah yang sangat non-linear. Ini membutuhkan upaya komputasi yang besar hingga berbulan-bulan dijalankan di supercomputer, yang dimungkinkan juga oleh perjanjian antara konsorsium SISSA dan CINECA serta formulasi matematika baru yang kami kembangkan. Ini mewakili hambatan utama selama bertahun-tahun hingga simulasi pertama kami." tuturnya.

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 diperoleh oleh interferometer LIGO dan Virgo selama tabrakan bintang neutron biner di  masa lalu. Memang, perbedaan antara kedua teori dalam sistem ini cukup halus, tetapi mereka mungkin dapat dideteksi oleh interferometer gravitasi generasi berikutnya, seperti teleskop Einstein di Eropa dan Cosmic Explorer di AS. Ini membuka kemungkinan menarik untuk menggunakan gelombang gravitasi agar dapat membedakan antara energi gelap dan 'gravitasi gelap'," simpul Barausse.