Pelensaan gravitasi galaksi jauh oleh gugus galaksi Abell 2390, diamati oleh satelit Euclid. © ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, pemrosesan gambar oleh J.-C. Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi
Penelitian baru menantang pemahaman mendasar kita tentang perluasan alam semesta
JENEWA, Swiss — Selama lebih dari dua dekade, para astronom dibingungkan oleh “energi gelap” misterius yang mendorong perluasan alam semesta kita yang semakin cepat. Saat ini, tim ilmuwan mungkin telah menemukan celah pada landasan pemahaman kosmik kita – celah yang dapat mengubah aturan alam semesta seperti yang kita ketahui.
Dengan menganalisis secara dekat kelengkungan cahaya dari galaksi-galaksi jauh, para peneliti menemukan perbedaan halus namun membingungkan antara apa yang diprediksi oleh teori relativitas umum Albert Einstein tentang perluasan alam semesta dan apa yang sebenarnya mereka amati. Ketidakcocokan ini, meski belum pasti, telah menimbulkan pertanyaan besar tentang validitas persamaan inovatif Einstein ketika diterapkan pada skala terbesar di alam semesta.
''Hasil kami menunjukkan bahwa prediksi Einstein memiliki ketidaksesuaian 3 sigma dengan pengukuran. Dalam bahasa fisika, ambang batas ketidakcocokan seperti itu membangkitkan minat kami dan memerlukan penyelidikan lebih lanjut. Namun ketidakcocokan ini belum cukup besar untuk membatalkan teori Einstein. Untuk mewujudkannya, kita perlu mencapai ambang batas 5 sigma. Oleh karena itu, penting untuk melakukan pengukuran yang lebih tepat untuk mengonfirmasi atau menyangkal hasil awal ini, dan untuk mengetahui apakah teori ini tetap valid di Alam Semesta kita, pada jarak yang sangat jauh,'' tegas Nastassia Grimm, peneliti pascadoktoral di Departemen Fisika Teoretis. di Universitas Jenewa, dalam rilis media.
Untuk melakukan analisisnya, dipublikasikan di jurnal Komunikasi Alamtim memeriksa data dari Survei Energi Gelap, sebuah proyek pemetaan besar-besaran yang telah melacak bentuk dan posisi ratusan juta galaksi jauh. Dengan mengamati bagaimana gravitasi benda-benda jauh ini membengkokkan dan mendistorsi jalur cahaya yang bergerak menuju Bumi – sebuah fenomena yang dikenal sebagai pelensaan gravitasi – para peneliti dapat membuat peta 3D terperinci dari materi dan energi tersembunyi yang mengisi alam semesta.
Yang terpenting, peta ini memungkinkan mereka mengukur “sumur gravitasi” – distorsi ruang-waktu yang disebabkan oleh tarikan gravitasi – di empat titik berbeda dalam sejarah kosmik, yang membentang hingga lebih dari separuh usia alam semesta. Dan di situlah mereka menemukan perbedaan yang membingungkan.
''Kami menemukan bahwa di masa lalu – 6 dan 7 miliar tahun yang lalu – kedalaman sumur sejalan dengan prediksi Einstein. Namun, mendekati masa sekarang, 3,5 dan 5 miliar tahun yang lalu, mereka sedikit lebih dangkal dari yang diprediksi oleh Einstein,'' ungkap Isaac Tutusaus, asisten astronom di Institute of Research in Astrophysics and Planetology (IRAP/OMP) di Université Toulouse III – Paul Sabatier dan penulis utama studi tersebut.
Menariknya, periode sumur gravitasi yang lebih dangkal ini bertepatan dengan waktu ketika perluasan alam semesta mulai meningkat – sebuah misteri yang membingungkan para kosmolog sejak penemuannya pada akhir tahun 1990an. Tim percaya kedua fenomena tersebut dapat dihubungkan dan bahwa gravitasi mungkin beroperasi secara berbeda pada skala kosmik terbesar dibandingkan persamaan Einstein.
''Oleh karena itu penting untuk melakukan pengukuran yang lebih tepat untuk mengkonfirmasi atau menyangkal hasil awal ini, dan untuk mengetahui apakah teori ini tetap valid di Alam Semesta kita, pada jarak yang sangat jauh,'' Grimm menekankan.
Untungnya, misi teleskop luar angkasa Euclid yang akan datang diharapkan dapat memberikan tim peta 3D alam semesta yang lebih rinci, yang mereka harap akan memberikan penjelasan lebih lanjut tentang teka-teki kosmik ini.
Untuk saat ini, pencarian terus dilakukan untuk mendapatkan pemahaman yang lebih lengkap tentang kekuatan misterius yang mendorong perluasan alam semesta yang tak henti-hentinya. Namun satu hal yang pasti: fondasi pengetahuan kosmik kita sedang berguncang, dan pergeseran paradigma dalam pemahaman kita tentang gravitasi dan ruang-waktu mungkin akan segera terjadi.
Ringkasan Makalah
Metodologi
Dalam studi ini, para peneliti mengukur potensi Weyl, yang memberi tahu kita tentang perubahan struktur alam semesta, menggunakan data dari Dark Energy Survey (DES). Survei ini mengumpulkan data selama beberapa tahun untuk membantu para ilmuwan memahami kekuatan yang membentuk alam semesta. Secara khusus, mereka menggunakan pelensaan galaksi-galaksi dan pengelompokan data untuk melacak perubahan potensi Weyl dari waktu ke waktu, membagi pengamatan menjadi empat periode berdasarkan jarak galaksi (atau titik pergeseran merah).
Tempat sampah ini memungkinkan para peneliti untuk melihat bagaimana struktur alam semesta berevolusi pada waktu yang berbeda. Yang penting, metode ini tidak mengasumsikan teori spesifik apa pun tentang gravitasi, sehingga hasilnya serbaguna dan dapat diterapkan secara luas pada model gravitasi saat ini.
Hasil Utama
Studi tersebut menemukan bahwa dalam dua periode waktu pertama (yang terdekat), potensi Weyl lebih rendah dari yang diharapkan berdasarkan model standar. Pengukuran yang lebih rendah ini mengisyaratkan potensi ketidaksesuaian antara apa yang kita lihat di alam semesta jauh (diukur dengan radiasi latar gelombang mikro kosmik) dan pengamatan yang lebih baru.
Sederhananya, struktur alam semesta mungkin berevolusi secara berbeda dari perkiraan model saat ini, terutama dalam periode yang lebih dekat ini. Namun, dalam dua periode waktu terakhir, pengukurannya mendekati prediksi model standar, sehingga perbedaan apa pun mungkin hanya terjadi pada sejarah kosmik yang lebih baru.
Keterbatasan Studi
Salah satu keterbatasan utama penelitian ini adalah pengukuran potensi Weyl bergantung pada struktur berskala besar, yang dapat dipengaruhi oleh distorsi kecil atau “gangguan” pada data dari setiap periode waktu. Selain itu, asumsi tertentu yang dibuat dalam metode (seperti memilih skala sudut tertentu dan menggunakan data dari pergeseran merah tertentu) dapat memengaruhi keakuratan hasil. Tantangan lainnya adalah beberapa aspek teori gravitasi sulit dipisahkan hanya dari kumpulan data ini saja, sehingga memerlukan studi tambahan untuk mendapatkan kesimpulan yang lebih kuat.
Diskusi & Kesimpulan
Temuan ini bisa mempunyai implikasi menarik bagi pemahaman kita tentang gravitasi dan alam semesta. Hasilnya menunjukkan kemungkinan adanya ketegangan antara pengukuran yang lebih tua dan jauh dengan pengamatan yang lebih baru. Hal ini bisa berarti bahwa struktur alam semesta berevolusi dengan cara yang tidak terduga. Hal ini mungkin juga mendorong para ilmuwan untuk mempertimbangkan model gravitasi baru yang melampaui apa yang kita ketahui saat ini. Jika penelitian di masa depan dengan kumpulan data yang lebih besar mengkonfirmasi hasil ini, hal ini dapat menyebabkan penyesuaian dalam cara kita memahami evolusi alam semesta dan gravitasi itu sendiri.
Pendanaan & Pengungkapan
Penelitian ini terutama dilakukan di Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP) di Perancis dan Universitas Jenewa di Swiss, sebagai bagian dari Kolaborasi Survei Energi Gelap. Dukungan pendanaan tambahan datang dari lembaga seperti CNRS, UPS, dan CNES di Perancis. Tidak ada konflik kepentingan signifikan atau pengungkapan lain yang dilaporkan oleh para peneliti.
