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