Jagad Raya

Relativitas dalam Astronomi Tulisan ini hanyalah rangkuman yang terlalu singkat untuk menggambarkan bagaimana relativitas mengantar kita ke pemahaman yang lebih menyeluruh sekaligus rinci akan berbagai fenomena fisis di dalam alam semesta ini. Relativitas yang dimaksud di sini adalah Teori Relativitas Khusus untuk kinematika dan Teori Relativitas Umum untuk dinamika. Perumusan proses fisis perlu memasukkan perhitungan relativistik jika sistem yang ditinjau memenuhi minimal satu dari kondisi-kondisi fisis berikut: 1. Energi sangat tinggi: kecepatan se-orde dengan c, sehingga 1/√(1-v2/c2) ≠ 1 2.

a. Massa dalam sebuah sistem membesar lebih cepat daripada pertambahan jarak atau b. Massa sangat besar dalam volume yang sangat kecil.

Yang pertama memerlukan koreksi Relativitas Khusus, yang kedua memerlukan koreksi Relativitas Umum. Dua lingkup sistem padamana efek relativitas menampakkan diri: A. Kosmologi: Kondisi fisis 2.a. dipenuhi oleh alam semesta. Jika volume yang ditinjau semakin besar, jumlah massa yang dilingkupi volume bertambah dengan sangat cepat, sehingga geometri ruangnya menjadi penting. Deskripsi gravitasi Newtonian tidak memadai untuk situasi ini. Berangkat dari Prinsip Kosmologi (alam semesta seragam pada skala besar dan tak ada titik istimewa dalam alam semesta ini) yang mengusulkan bangun ruangwaktu bersimetri sferis, dan dengan menggunakan Teori Relativitas Umum untuk deskripsi dinamikanya yang dalam skala besar didominasi oleh gravitasi, Einstein mendapatkan alam semesta tak statik. Memperhatikan temuan Hubble bahwa galaksi-galaksi bergerak menjauh dengan laju yang semakin cepat dengan membesarnya jarak, maka disimpulkan bahwa alam semesta mengembang. Di dalam skenario alam semesta mengembang, mekanisme global evolusi struktur skala besar di dalamnya muncul secara natural. Pengetahuan tentang struktur di dalam alam semesta, yang berarti menyangkut pengetahuan tentang objek-objek fisis, membuka peluang untuk menguji teori kosmologi. Kemajuan pesat pada sisi observasi (data bercakupan luas dan presisi tinggi) berhasil memberikan gambaran besar tentang evolusi alam semesta, sekaligus mempertajam dan memperdalam pertanyaan tentang nature-nya. Ilustrasi untuk yang disebutkan belakangan diberikan, misalnya, oleh data observasi supernovae tipe Ia yang

menggiring kita untuk menyimpulkan bahwa alam semesta tengah mengembang dengan laju dipercepat. Percepatan pengembangan alam semesta ini tidak dapat begitu saja diakomodasikan oleh model standard. Ide ”energi gelap” dihadirkan sebagai komplemen untuk model standar, walau apapun tentang energi gelap ini belum terjelaskan. Keberhasilan dalam deskripsi skala besar epoch sekarang tidak berlanjut sampai epoch terdini alam semesta. Pada masa awal, di mana ukuran alam semesta masih sangat kecil, gravitasi bukan lagi pemeran utama. Interaksi fisis lainnya juga berperan penting. Ketidaksepakatan konseptual antara Teori Relativitas Umum dan Mekanikan Kuantum belum berhasil diselesaikan untuk dapat memberikan formulasi yang rigorous tentang fisika pada alam semesta dini. B. Astrofisika Kondisi 1 dan 2.b. dipenuhi oleh berbagai jenis objek astrofisis yang kompak dan masif seperti bintang neutron, bintang katai putih, dan lubang hitam. Bintangbintang jenis ini, dan lubang hitam berukuran bintang merupakan jenis-jenis tahapan akhir evolusi sebuah bintang. Bergantung pada situasi awal dan situasi lingkungannya, bintang-bintang kompak ini dapat ditemui sebagai pulsar, dalam sistem bintang ganda pemancar sinar-X, dan sebagainya. Lubang hitam adalah objek kompak yang istimewa: bukan hanya ia kompak, ia singular, karena kekompakannya yang begitu ekstrim. Singularitas ini, bahkan dalam teori sekalipun, masih membatasi kita dari pemahaman yang lengkap tentang karakter lubang hitam. Namun demikian, beberapa fenomena astrofisis dapat diambil sebagai petunjuk keberadaan lubang hitam. Koreksi-koreksi relativistik pada formulasi mekanisme berbagai proses astrofisika acapkali menjelaskan fenomena yang tak dapat dijelaskan dengan deskripsi nonrelativistik. Atau, dalam pernyataan yang sedikit berbeda, koreksi relativistik memberikan prediksi fenomena astrofisika yang kemudian dapat digunakan untuk menggiring arah observasi untuk konfirmasinya. C. Gelombang gravitasi Gangguan tensorial yang menjalar pada ruang-waktu dengan kecepatan cahaya. Contoh sumber dan lingkup  dinamika objek kompak bersimetri tak sferis (astrofisis) (diamati pada pulsar ganda)  inflasi pada alam semesta dini (kosmologis) (mungkin efeknya dapat diamati pada polarisasi Radiasi Latar Belakang Kosmik. Jika berhasil, ini menjadi konfirmasi ada tidaknya inflasi di masa awal alam semesta).

Premana W. Premadi Departemen Astronomi – ITB