Teori relativitas Einstein, penting untuk GPS, terlihat di bintang yang jauh

Kredit: NASA / CXC / M. Weiss

Apa persamaan Albert Einstein, sistem penentuan posisi global (GPS) dan sepasang bintang yang berjarak 200.000 triliun kilometer dari Bumi?

Jawabannya adalah efek dari teori relativitas umum Einstein yang disebut “pergeseran merah gravitasi”, di mana cahaya bergeser ke warna yang lebih merah karena gravitasi. Menggunakan NASADi Observatorium Sinar-X Chandra, para astronom telah menemukan fenomena tersebut pada dua bintang yang mengorbit satu sama lain di galaksi kita sekitar 29.000 tahun cahaya (200.000 triliun mil) dari Bumi. Meskipun bintang-bintang ini sangat jauh, pergeseran merah gravitasi memiliki dampak nyata pada kehidupan modern, karena para ilmuwan dan insinyur harus memperhitungkannya untuk memungkinkan posisi GPS yang akurat.

Meskipun para ilmuwan telah menemukan bukti tak terbantahkan tentang pergeseran gravitasi ke arah merah di tata surya kita, mengamati mereka di objek yang lebih jauh di luar angkasa merupakan tantangan tersendiri. Hasil baru Chandra menawarkan bukti kuat tentang efek pergeseran merah gravitasi di lingkungan kosmik baru.

Sistem menarik yang dikenal sebagai 4U 1916-053 berisi dua bintang di orbit yang sangat dekat. Salah satunya adalah inti bintang yang lapisan terluarnya telah terkelupas, meninggalkan bintang yang jauh lebih padat daripada Matahari. Yang lainnya adalah satu bintang neutron, objek yang bahkan lebih padat yang tercipta saat sebuah bintang masif runtuh dalam ledakan supernova. Bintang neutron (abu-abu) ditampilkan dalam cetakan artis ini di tengah cakram gas panas jauh dari rekannya (bintang putih di sebelah kiri).

Kedua bintang kompak ini hanya berjarak sekitar 215.000 mil, kira-kira jarak antara Bumi dan Bulan. Saat Bulan mengorbit planet kita sebulan sekali, bintang pendamping padat 4U 1916-053 mencambuk bintang neutron dan menyelesaikan orbit penuh hanya dalam 50 menit.

Dalam karya baru 4U 1916-053, tim menganalisis spektrum sinar-X Chandra (yaitu, jumlah sinar-X pada panjang gelombang yang berbeda). Mereka menemukan ciri khas penyerapan cahaya sinar-X oleh besi dan silikon dalam spektrum. Dalam tiga pengamatan terpisah dengan Chandra, data menunjukkan penurunan tajam jumlah sinar-X yang terdeteksi di dekat panjang gelombang di mana atom besi atau silikon diprediksi menyerap sinar-X. Salah satu spektrum yang menunjukkan penyerapan oleh besi dimasukkan dalam grafik utama dan grafik tambahan menunjukkan spektrum dengan penyerapan silikon.

Namun, panjang gelombang dari ciri khas besi dan silikon ini bergeser ke panjang gelombang yang lebih panjang atau lebih merah dibandingkan dengan nilai laboratorium yang ditemukan di Bumi (ditunjukkan dengan garis putus-putus). Para peneliti menemukan bahwa perubahan karakteristik penyerapan adalah sama di masing-masing dari tiga pengamatan Chandra dan itu terlalu besar untuk memperhitungkan jarak dari kita. Sebaliknya, mereka menyimpulkan bahwa hal itu disebabkan oleh pergeseran merah gravitasi.

Bagaimana ini terhubung ke relativitas umum dan GPS? Seperti yang diprediksikan oleh teori Einstein, jam di bawah gaya gravitasi berjalan pada kecepatan yang lebih lambat daripada jam yang dilihat dari wilayah jauh yang mengalami gravitasi lebih lemah. Ini berarti jam bumi yang diamati dari satelit di orbit beroperasi pada kecepatan yang lebih lambat. Untuk mendapatkan akurasi tinggi yang diperlukan untuk GPS, efek ini harus diperhitungkan atau akan ada perbedaan waktu kecil yang akan bertambah dengan cepat, menghitung posisi yang tidak akurat.

Semua jenis cahaya, termasuk sinar-X, juga dipengaruhi oleh gravitasi. Analoginya adalah seseorang berlari menuruni eskalator yang menurun. Dengan melakukan ini, orang tersebut kehilangan lebih banyak energi daripada jika eskalator berhenti atau naik. Gaya gravitasi memiliki efek serupa pada cahaya, di mana kehilangan energi memberikan frekuensi yang lebih rendah. Karena cahaya vakum selalu bergerak dengan kecepatan yang sama, kehilangan energi dan frekuensi yang lebih rendah menyebabkan cahaya, termasuk tanda tangan besi dan silikon, bergerak pada panjang gelombang yang lebih panjang.

Ini adalah bukti kuat pertama bahwa tanda serapan bergerak pada panjang gelombang yang lebih panjang oleh gravitasi pada sepasang bintang yang memiliki bintang neutron atau lubang hitam. Sebelumnya, bukti kuat perubahan gravitasi dalam absorpsi dari permukaan katai putih telah diamati, dengan perubahan panjang gelombang biasanya hanya sekitar 15% dari 4U 1916-053.

Para ilmuwan mengatakan atmosfer gas yang menutupi cakram di dekat bintang neutron (ditunjukkan dengan warna biru) kemungkinan besar menyerap sinar-X, menghasilkan hasil ini. Ukuran perpindahan dalam spektrum memungkinkan tim untuk menghitung seberapa jauh atmosfer ini dari bintang neutron, menggunakan relativitas umum dan mengasumsikan massa standar untuk bintang neutron. Mereka menemukan bahwa atmosfer berjarak 1.500 mil dari bintang neutron, sekitar setengah jarak dari Los Angeles ke New York dan hanya 0,7% jarak dari bintang neutron ke Bumi. perusahaan. Jaraknya mungkin beberapa ratus kilometer dari bintang neutron.

Dalam dua dari tiga spektrum juga terdapat bukti tanda absorpsi yang telah bergeser ke panjang gelombang yang lebih merah, sesuai dengan jarak hanya 0,04% dari jarak bintang neutron ke pendamping. Namun, tanda tangan ini dideteksi dengan tingkat kepercayaan yang lebih rendah dibandingkan dengan tanda yang jauh dari bintang neutron.

Para ilmuwan telah memperoleh lebih banyak waktu observasi dari Chandra selama tahun depan untuk mempelajari sistem ini secara lebih rinci.

Artikel yang menjelaskan hasil-hasil ini telah diterbitkan dalam edisi 10 Agustus 2020 The Astrophysical Journal Letters. Penulis karya ini adalah Nicolas Trueba dan Jon Miller (Universitas Michigan di Ann Arbor), Andrew Fabian (Universitas Cambridge, Inggris), J. Kaastra (Institut Belanda untuk Penelitian Luar Angkasa), T. Kallman (NASA Goddard Space Flight Center) di Greenbelt, Maryland), A. Lohfink (Montana State University), D. Proga (University of Nevada, Las Vegas), John Raymond (Center for Astrophysics | Harvard dan Smithsonian), Christopher Reynolds (University of Cambridge) dan M. Reynolds dan A. Zoghbi (Universitas Michigan).

Referensi: “A Redshifted Inner Disk Atmosphere dan Transient Absorbers in the Ultracompact Neutron Star X-Ray Binary 4U 1916-053” oleh Nicolas Trueba, JM Miller, AC Fabian, J. Kaastra, T. Kallman, A. Lohfink, D. Proga , J. Raymond, C. Reynolds, M. Reynolds dan A. Zoghbi, 11 Agustus 2020, The Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847 / 2041-8213 / aba9de
arXiv: 2008.01083

Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall NASA mengelola program Chandra. CXC Observatorium Astrofisika Smithsonian mengontrol operasi ilmiah dan penerbangan dari Cambridge dan Burlington, Massachusetts.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

36 galaksi kerdil secara bersamaan memiliki “baby boom” bintang baru

Penemuan tak terduga Rutgers menantang teori modern tentang bagaimana galaksi tumbuh, dan dapat meningkatkan pemahaman kita tentang alam semesta. Penulis: Universitas Rutgers-New Brunswick Sungguh...

Banyak pasien dengan COVID-19 menghasilkan respons imun yang menyerang jaringan dan organ mereka sendiri.

Sebuah studi yang dipimpin oleh University of Birmingham, yang didanai oleh Konsorsium Imunologi Coronavirus Inggris, menemukan bahwa banyak pasien dengan COVID-19 menimbulkan respons kekebalan...

Sains mudah dibuat: apa itu neutrino steril?

Neutrino steril adalah jenis neutrino khusus yang telah diusulkan untuk menjelaskan beberapa hasil eksperimen yang tidak terduga, tetapi belum ditemukan secara pasti. Para...

Kekeringan jangka panjang mengambil alih AS bagian barat – Tanah dan tanaman berjatuhan

5 Juni 2021 Untuk tahun kedua berturut-turut, kekeringan melanda sebagian besar wilayah Amerika Serikat dari Pegunungan Rocky hingga Pantai Pasifik. Untuk tahun kedua berturut-turut, kekeringan melanda...

Energi matahari dan angin dapat meredakan konflik di sekitar bendungan Renaisans Ethiopia di timur laut Afrika

Megaplatinum terletak di Ethiopia, dekat perbatasan dengan Sudan. Ini adalah pembangkit listrik tenaga air terbesar di Afrika. Penulis: © Google Sebuah studi baru...

Newsletter

Subscribe to stay updated.