Perpustakaan Digital ITB

Dalam hampir dua dekade terakhir, observasi kosmologi dari pengukuran latar belakang gelombang mikro kosmik (Cosmic Microwave Background, CMB), Supernova Ia (SN Ia), dan osilasi akustik baryon (Baryon Acoustic Oscillations, BAO) menunjukkan bahwa alam semesta saat ini berada pada fase ekspansi dipercepat. Perkembangan dari bukti observasi ini menunjukkan bahwa komponen yang mengisi alam semesta dalam bentuk materi gelap dingin (Cold Dark Matter, CDM) sekitar 25% dan energi gelap (Dark Energy, DE) sekitar 70%. Kedua sektor gelap ini merupakan komponen utama dari alam semesta saat ini yang dianggap berpengaruh terhadap percepatan ekspansi alam semesta. Keberadaan kedua sektor gelap hanya terdeteksi secara tidak langsung melalui efek gravitasi sehingga mempunyai kemungkinan untuk saling berinteraksi secara non-gravitasional. Skenario energi gelap berinteraksi (interacting dark energy, IDE) yang mana energi gelap berinteraksi secara langsung dengan materi gelap (memiliki kopling tidak nol satu sama lain) merupakan salah satu cara untuk mengurangi atau menyelesaikan masalah yang muncul dalam model ?CDM, yaitu masalah penyesuaian (finetunning) dan masalah kebetulan (coincidence). Model ?CDM ini merupakan model standar kosmologi yang mampu mendeskripsikan alam semesta yang sesuai dengan hasil pengamatan kosmologi yang mana energi gelap dalam bentuk konstanta kosmologi (?) sebagai komponen pengisi alam semesta yang dominan berinteraksi dengan materi gelap dalam bentuk materi gelap dingin (cold dark matter, CDM). Sifat sebenarnya dari kedua sektor gelap belum diketahui, sehingga salah satu tujuan utama dari kosmologi modern adalah menemukan sifat energi gelap yang merupakan komponen alam semesta paling dominan pada fase ekspansi dipercepat. Untuk memperoleh pemahaman yang lebih baik tentang sifat energi gelap dan perannya dalam evolusi alam semesta, diperlukan parameter persamaan keadaan dan kecepatan suara. Kedua parameter ini penting untuk dipelajari dalam model IDE karena memberikan informasi penting tentang perilaku dan sifat energi gelap. Persamaan keadaan menjelaskan hubungan antara tekanan dan densitas energi dari energi gelap untuk memahami bagaimana pengaruhnya terhadap evolusi alam semesta latar belakang. Pada tingkat perturbasi, kecepatan suara merupakan parameter yang mirip dengan persamaan keadaan dan menghubungkan perturbasi tekanan dan densitas energi sehingga berpengaruh pada pertumbuhan struktur di alam semesta. Para Fisikawan sampai saat ini masih mengembangkan teori gravitasi dengan memodifikasi parameter kosmologi dari persamaan medan Einstein atau disebut teori gravitasi termodifikasi (modified gravity, MG). Teori gravitasi yang termodifikasi harus lulus uji dalam skala tata surya. Ada dua pendekatan untuk melakukan uji kosmologi terhadap teori gravitasi termodifikasi. Pendekatan pertama, suatu teori gravitasi ditentukan melalui Lagrangiannya yang menghasilkan persamaan gerak untuk ekspansi homogen dan perturbasi kosmologi. Pendekatan kedua terinspirasi dari kerangka parameterisasi post-Newtonian (Parameterized Post-Newtonian, PPN) untuk pengujian tata surya. Namun, pada skala gigaparsec (Gpc) yang mana energi gelap tampaknya mendorong ekspansi yang dipercepat, maka tidak ada lagi orbit partikel uji untuk dapat diukur. Oleh karena itu, berdasarkan teori perturbasi kosmologi diperlukan pendekatan yang berbeda untuk menguji kosmologi dari gravitasi termodifikasi yang sangat umum. Oleh karena itu, diperkenalkan sebuah formalisme baru yang memparameterisasi teori perturbasi kosmologi dari berbagai model gravitasi termodifikasi. Formalisme ini dikenal sebagai kerangka kerja Post-Friedmannian terparameterisasi (Parameterized Post-Friedmannian, PPF). Formalisme PPF serupa dengan PPN yang mana parameter kosmologi telah mengasumsikan bahwa beberapa persamaan medan Einstein tetap valid dengan teori gravitasi termodifikasi. Formalisme PPF ini menguji model gravitasi termodifikasi secara independen sehingga dapat membuka jalan bagi model independen untuk mengklasifikasikan dan menguji teori IDE. Pada penelitian disertasi ini, telah dipelajari model energi gelap dengan kopling tak minimal antara kelengkungan dan derivatif medan skalar atau disebut kopling derivatif tak minimal (non-minimal derivative coupling, NMDC) medan skalar. Pemodelan energi gelap dengan NMDC akan memberikan ekspansi alam semesta yang dipercepat. Disini, model energi gelap dengan NMDC tersebut dimodifikasi menjadi model energi gelap yang berinteraksi dengan materi gelap (interacting dark energy, IDE) dan ditinjau apakah interaksinya mempengaruhi evolusi persamaan keadaan dan kecepatan suara. Dampak dari interaksi ini menyiratkan bahwa efek interaksi terhadap persamaan keadaan energi gelap jauh lebih kuat dibandingkan efek kecepatan suara. Kerangka kerja PPF telah diterapkan pada berbagai teori gravitasi termodifikasi termasuk model IDE. Pada penelitian sebelumnya, model IDE dalam kerangka kerja PPF telah dilakukan menggunakan skenario quintessence yang mana medan skalar digabungkan secara tak minimal (non-minimal coupling) dengan gravitasi. Disini, skenario tersebut dikembangkan dengan memperhitungkan aksi NMDC. Penelitian ini dimulai dengan mempelajari perturbasi kosmologi dari metrik perturbasi umum dengan aksi NMDC medan skalar. Kemudian, diterapkan formalisme PPF dalam model IDE Tipe 1 yang mana model ini diklasifikasikan melalui fungsi bebas dari medan. Dengan demikian, klasifikasi model dapat diungkapkan dengan melihat koefisien PPF yang dihasilkan dari perturbasi linier mode skalar dalam variabel metrik dan fluida. Berdasarkan klasifikasi hasil koefisien PPF yang diperoleh, parameterisasi model IDE Tipe 1 dengan NMDC sesuai dengan kelas model IDE tipe 1 tanpa NMDC. Oleh karena itu, model IDE dengan NMDC merupakan subkasus dari model IDE tipe 1 tanpa NMDC