Eksperimen Relativitas Einstein untuk Mengukur Massa Bintang Kerdil Putih

Pengamatan ini merupakan pertama kalinya Hubble menyaksikan efek pembelokan cahaya yang diciptakan oleh bintang. Data tersebut memberikan perkiraan kepadatan dan massa kerdil putih, dan menghasilkan wawasan tentang teori struktur dan komposisi bintang mati.

Pertama kali diusulkan pada 1915, teori relativitas umum Einstein menggambarkan bagaimana benda-benda besar melengkung ruang di angkasa, yang kita rasakan sebagai gravitasi. Teori ini diverifikasi eksperimental empat tahun kemudian ketika sebuah tim yang dipimpin astronom Inggris Sir Arthur Eddington mengukur seberapa besar gravitasi matahari yang membelokkan penampakan bintang di belakangnya saat gerhana matahari. Sebuah efek yang disebut gravitasi microlensing.

Para astronom dapat menggunakan efek ini untuk melihat gambar galaksi-galaksi yang jauh atau, pada jarak yang lebih dekat, untuk mengukur pergeseran kecil pada posisi bintang yang tampak di langit. Periset harus menunggu satu abad, bagaimanapun, untuk membangun teleskop yang cukup kuat untuk mendeteksi fenomena lengkung gravitasi yang disebabkan bintang di luar tata surya. Jumlah defleksi begitu kecil, hanya ketajaman Hubble yang bisa mengukurnya.

Hubble mengamati bintang kerdil putih terdekat Stein 2051 B saat melintas di depan bintang latar belakang. Selama kesejajaran yang dekat, gravitasi kerdil putih membengkokkan cahaya dari bintang yang jauh, sehingga tampak bergeser sekitar 2 mili detik dari posisi sebenarnya. Penyimpangan ini sangat kecil sehingga setara dengan mengamati semut merangkak dari 1.500 mil jauhnya.

Dengan menggunakan pengukuran defleksi, para astronom Hubble menghitung bahwa massa kurcaci putih kira-kira 68 persen massa matahari. Hasil ini sesuai dengan prediksi teoritis.

Teknik ini membuka metode baru untuk menentukan massa bintang. Biasanya, jika bintang memiliki pendamping, astronom dapat menentukan massanya dengan mengukur gerak orbital sistem bintang ganda. Meskipun Stein 2051 B memiliki pendamping, kurcaci merah terang, para astronom tidak dapat mengukur massanya secara akurat karena terlalu berjauhan. Jaraknya pale sedikit 5 miliar mil – hampir dua kali jarak Pluto ke matahari.

“Metode microlensing ini sangat independen dan langsung untuk menentukan massa bintang,” jelas pemimpin peneliti Kailash Sahu dari Space Telescope Science Institute (STScI) di Baltimore, Maryland. “Ini seperti menempatkan bintang dalam skala: defleksi analog dengan pergerakan jarum pada skala.” Sahu akan mempresentasikan temuan timnya pada 7 Juni, di pertemuan American Astronomical Society di Austin, Texas.

Analisis Hubble juga membantu para astronom untuk secara independen memverifikasi teori bagaimana radius kerdil putih ditentukan massanya, sebuah gagasan yang pertama kali diajukan pada tahun 1935 oleh astronom India-Amerika, Subrahmanyan Chandrasekhar. “Pengukuran kami adalah konfirmasi bagus teori kerdil putih, dan bahkan memberi tahu komposisi inner kerdil putih,” kata anggota tim Howard Bond dari Pennsylvania State University di University Park.

Tim Sahu mengidentifikasi Stein 2051 B dan bintang utamanya setelah menyisir information lebih dari 5.000 bintang dalam katalog bintang terdekat yang tampak bergerak cepat melintasi langit. Bintang dengan gerakan yang lebih jelas di langit memiliki kesempatan lebih besar untuk melewatinya di depan bintang latar belakang yang jauh, di mana defleksi cahaya bisa diukur.

Setelah mengidentifikasi Stein 2051 B dan memetakan bidang bintang latar belakang, para periset menggunakan Wide Field Camera 3 Hubble untuk mengamati kurcaci putih tujuh kali berbeda selama periode dua tahun saat ia bergerak melewati bintang latar belakang yang dipilih.

Pengamatan Hubble sangat menantang dan menyita waktu. Tim peneliti harus menganalisis kecepatan kerdil putih dan arah gerakannya untuk memprediksi kapan akan tiba pada posisi untuk membengkokkan cahaya bintang sehingga para astronom dapat mengamati fenomena tersebut dengan Hubble.

Para astronom juga harus mengukur sedikit cahaya bintang yang dibelokkan. “Stein 2051 B muncul 400 kali lebih terang dari bintang latar belakang yang jauh,” kata anggota tim Jay Anderson dari STScI, yang memimpin analisis tersebut untuk mengukur posisi bintang secara tepat dalam gambar Hubble. “Jadi mengukur lendutan sangat kecil adalah seperti mencoba melihat gerakan kunang-kunang di samping bola lampu. Gerakan serangga sangat kecil, dan cahaya bola lampu membuat sulit untuk melihat serangga bergerak.” Sebenarnya, gerakan sedikit sekitar 1.000 kali lebih kecil dari pengukuran yang dilakukan Eddington dalam eksperimen tahun 1919.


Editor: Rohmat Haryadi