Dunia Pararel - Michio Kaku [#106]

Bagian 2 : Multiverse > Bab 9 Mencari Gema Dari Dimensi Kesebelas

Lensa dan Cincin Einstein

Tapi alat mumpuni lain dalam mengeksplorasi kosmos yaitu lensa gravitasi dan “cincin Einstein”. Pada awal tahun 1801, astronom Berlin, Johan Georg von Soldner, sanggup mengkalkulasi defleksi/pembelokan cahaya bintang oleh gravitasi Matahari (walaupun, karena Soldner memakai argumen-argumen Newtonian secara keras, beliau salah sebesar faktor 2 yang krusial. Einstein menulis, “Separuh dari defleksi ini dihasilkan oleh medan tarikan matahari Newtonian, separuh lainnya oleh modifikasi [‘pelengkungan’] geometris ruang yang disebabkan oleh matahari.”)

Pada 1912, bahkan sebelum menyelesaikan versi akibat relativitas umum, Einstein merenungkan kemungkinan penggunaan defleksi ini sebagai “lensa”, sebagaimana kacamata Anda menekuk cahaya sebelum mencapai mata Anda. Pada 1936, insinyur Ceko, Rudi Mandl, menulis kepada Einstein untuk menanyakan apakah lensa gravitasi sanggup memperbesar cahaya dari bintang dekat. Jawabannya yaitu ya, tapi untuk mendeteksinya berada di luar jangkauan teknologi mereka.

Einstein khususnya menyadari bahwa Anda akan melihat delusi optis, menyerupai gambaran ganda dari objek yang sama, atau distorsi cahaya menyerupai cincin. Cahaya dari galaksi amat jauh yang melewati Matahari kita, misalnya, akan menempuh ke kiri dan ke kanan Matahari kita sebelum cahaya tersebut bergabung kembali dan mencapai mata kita. Ketika kita menatap galaksi jauh tersebut, kita melihat teladan menyerupai cincin, sebuah delusi optis yang ditimbulkan oleh relativitas umum. Einstein menyimpulkan bahwa “tak ada banyak impian untuk mengobservasi fenomena ini secara langsung”. Kenyataannya, beliau menulis bahwa penelitian ini “berharga sedikit, tapi membuat orang miskin itu [Rudi Mandl] bahagia”.

Lebih dari 40 tahun kemudian, pada 1979, bukti parsial pertama atas pelensaan ditemukan oleh Dennis Walsh dari Jordell Bank Observatory di Inggris, yang menemukan quasar ganda Q0957+561. Pada 1988, cincin Einstein pertama teramati dari sumber radio MG1131+0456. Pada 1997, teleskop antariksa Hubble dan kesatuan teleskop radio MERLIN (Inggris) menangkap cincin Einstein sirkuler utuh dengan menganalisis galaksi jauh 1938+666, mempertahankan teori Einstein sekali lagi. (Cincin itu kecil sekali, hanya satu detik busur, atau kira-kira seukuran uang koin yang dilihat dari jarak 2 mil.) Astronom melukiskan kehebohan yang mereka rasakan ketika menyaksikan insiden bersejarah ini: “Pada pandangan pertama, itu terlihat artifisial dan kami pikir itu semacam cacat pada citra, tapi kemudian kami menyadari bahwa kami sedang menatap cincin Einstein sempurna!” kata Ian Brown dari Universitas Manchester. Hari ini, cincin Einstein merupakan senjata penting dalam gudang senjata astrofisikawan. Sekitar 64 quasar dobel, tripel, dan multipel (ilusi yang ditimbulkan oleh pelensaan Einstein) telah terlihat di angkasa luar, atau kira-kira 1 dalam setiap 500 quasar yang teramati.

Bahkan bentuk-bentuk bahan yang tak terlihat, menyerupai dark matter, sanggup “dilihat” dengan menganalisis distorsi gelombang cahaya yang mereka hasilkan. Dengan cara ini, seseorang sanggup memperoleh “peta” yang memperlihatkan distribusi dark matter di alam semesta. Karena pelensaan Einstein mendistorsi gugus-gugus galaksi dengan membuat busur (daripada cincin) besar, yaitu mungkin untuk mengestimasi konsentrasi dark matter di gugus-gugus ini. Pada 1986, busur galaktik raksasa pertama ditemukan oleh astronom di National Optical Astronomy Observatory, Universitas Stanford, dan Midi Pyrenees Observatory di Prancis. Sejak ketika itu, sekitar seratus busur galaktik telah ditemukan, yang paling dramatis di gugus galaksi Abell 2218.

Lensa Einstein juga sanggup digunakan sebagai metode independen untuk mengukur jumlah MACHO di alam semesta (yang terdiri dari bahan biasa menyerupai bintang mati, bintang kerdil cokelat, dan awan debu). Pada 1986, Bohdan Paczynski dari Princeton menyadari bahwa kalau MACHO melintas di depan sebuah bintang, kecerlangan MACHO akan membesar dan menghasilkan gambaran kedua.

Pada awal 1990-an, beberapa tim ilmuwan (seperti EROS Prancis, MACHO Amerika-Australia, OGLE Polandia-Amerika) menerapkan metode ini pada pusat galaksi Bima Sakti dan menemukan lebih dari 500 insiden pelensaan (melampaui pekiraan, karena beberapa dari bahan ini terdiri dari bintang bermassa rendah dan bukan MACHO sejati). Metoda ini juga sanggup digunakan untuk menemukan planet ekstrasurya yang mengorbit bintang lain. Karena sebuah planet mengerahkan pengaruh gravitasi kecil namun nyata terhadap cahaya bintang induk, pelensaan Einstein pada prinsipnya sanggup mendeteksi mereka. Metode ini telah mengidentifikasi sejumlah kecil kandidat planet ekstrasurya, beberapa dari mereka berada di erat pusat Bima Sakti.

Bahkan konstanta Hubble dan konstanta kosmologis sanggup diukur memakai lensa Einstein. Konstanta Hubble diukur dengan melaksanakan observasi halus. Quasar mencerlang dan meredup seiring waktu; seseorang sanggup mengira bahwa quasar ganda, sebagai gambaran dari objek yang sama, akan berosilasi pada laju yang sama. Sebetulnya, quasar kembar ini tidak sungguh berosilasi berbarengan. Menggunakan pengetahuan atas distribusi materi, astronom sanggup mengkalkulasi time delay (kelambatan waktu) dibagi dengan waktu total yang diharapkan cahaya untuk mencapai Bumi. Dengan mengukur time delay dalam pencerlangan quasar ganda, seseorang sanggup mengkalkulasi jaraknya dari Bumi. Mengetahui ingsutan merahnya, beliau sanggup mengkalkulasi konstanta Hubble. (Metode ini diterapkan pada quasar Q0957+561, yang ditemukan kurang-lebih 14 miliar tahun-cahaya dari Bumi. Sejak ketika itu, konstanta Hubble telah dikomputasi dengan menganalisis tujuh quasar lain. Dalam ambang galat, kalkulasi ini cocok dengan temuan yang didapat. Yang menarik yaitu bahwa metode ini sama sekali terbebas dari kecerlangan bintang, menyerupai Cepheid dan supernova tipe Ia, sehingga memperlihatkan pengawasan independen terhadap hasil yang diperoleh.)

Konstanta kosmologis, yang mungkin memegang kunci menuju masa depan alam semesta kita, juga sanggup diukur dengan metode ini. Kalkulasinya sedikit mentah, tapi juga cocok dengan metode lain. Karena miliaran tahun kemudian volume total alam semesta yaitu lebih kecil, probabilitas inovasi quasar yang akan membentuk lensa Einstein juga lebih besar di masa lalu. Jadi, dengan mengukur jumlah quasar dobel pada waktu berlainan dalam evolusi alam semesta, seseorang sanggup mengkalkulasi secara berangasan volume total alam semesta dan konstanta kosmologis, yang membantu mendorong ekspansi alam semesta. Pada 1998, astronom di Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics membuat estimasi mentah pertama atas konstanta kosmologis dan menyimpulkan bahwa itu mungkin menyusun tak lebih dari 62% kandungan total materi/energi alam semesta. (Temuan konkret WMAP yaitu 73%.)