Big Bang : Teori Terbentuknya Alam Semesta

Big Bang, Teori Terbentuknya Alam Semesta

Para astronom menggabungkan model matematika dengan pengamatan untuk mengembangkan teori yang bisa diterapkan tentang bagaimana alam semesta terbentuk.

Landasan matematis dari teori Big Bang termasuk teori relativitas umum Albert Einstein bersama dengan teori standar partikel fundamental. 

Saat ini pesawat ruang angkasa NASA seperti Teleskop Luar Angkasa Hubble dan Teleskop Luar Angkasa Spitzer terus mengukur perluasan Alam Semesta. Salah satu tujuan sejak lama adalah untuk memutuskan apakah Alam Semesta akan mengembang selamanya, atau apakah suatu hari nanti akan berhenti, berbalik, dan runtuh dalam "Big Crunch?"

Radiasi Latar Belakang

Menurut teori fisika, jika kita melihat alam semesta satu detik setelah Big Bang, yang akan kita lihat adalah 10 miliar derajat (° K) lautan neutron, proton, elektron, anti-elektron (positron) , foton, dan neutrino. Kemudian, seiring berjalannya waktu, kita akan melihat alam semesta mendingin, neutron membusuk menjadi proton dan elektron atau bergabung dengan proton untuk membuat deuterium (isotop hidrogen). Saat terus mendingin, akhirnya akan mencapai suhu di mana elektron bergabung dengan inti untuk membentuk atom netral. Sebelum "rekombinasi" ini terjadi, Alam Semesta akan menjadi buram karena elektron bebas akan menyebabkan cahaya (foton) menyebar seperti sinar matahari yang menyebar dari tetesan air di awan. Tetapi ketika elektron bebas diserap untuk membentuk atom netral, Alam Semesta tiba-tiba menjadi transparan. Foton yang sama itu merupakan pijaran cahaya Big Bang yang dikenal sebagai radiasi latar kosmik, dan dapat diamati hingga hari ini.

Misi Mempelajari Radiasi Latar Belakang Kosmik

NASA telah meluncurkan dua misi untuk mempelajari radiasi latar kosmik, mengambil "gambar bayi" alam semesta hanya 400.000 tahun setelah ia lahir. 

Yang pertama adalah Cosmic Background Explorer (COBE). Pada tahun 1992, tim COBE mengumumkan bahwa mereka telah memetakan titik panas dan dingin primordial dalam radiasi latar belakang kosmik. Bintik-bintik ini terkait dengan medan gravitasi di Alam Semesta awal dan membentuk benih gugusan galaksi raksasa yang membentang ratusan juta tahun cahaya melintasi Alam Semesta. Karya ini membuat Dr. John C. Mather dan George F. Smoot dari University of California dari NASA meraih Hadiah Nobel Fisika 2006.

"Gambar bayi" Semesta. Peta suhu radiasi latar gelombang mikro WMAP menunjukkan variasi kecil (beberapa derajat mikro) di latar belakang 3K. Bintik panas terlihat merah, bintik dingin berwarna biru tua.

Misi kedua untuk memeriksa radiasi latar kosmik adalah Wilkinson Microware Anisotropy Probe (WMAP). Dengan resolusi yang jauh lebih baik dibandingkan dengan COBE, WMAP menyurvei seluruh langit, mengukur perbedaan suhu radiasi gelombang mikro yang hampir merata di seluruh Alam Semesta.

Gambar menunjukkan peta langit, dengan daerah panas berwarna merah dan daerah dingin berwarna biru. Dengan menggabungkan bukti ini dengan model teoretis Alam Semesta, para ilmuwan telah menyimpulkan bahwa Alam Semesta itu "datar", artinya, pada skala kosmologis, geometri ruang memenuhi aturan geometri Euclidean (misalnya, garis sejajar tidak pernah bertemu, rasio keliling lingkaran dengan diameter adalah pi, dll.

Misi ketiga, Planck, dipimpin oleh Badan Antariksa Eropa dengan partisipasi signifikan dari NASA. Diluncurkan pada tahun 2009, Planck sedang membuat peta paling akurat dari radiasi gelombang mikro latar. Dengan instrumen yang peka terhadap variasi suhu sepersejuta derajat, dan memetakan langit penuh pada 9 pita panjang gelombang, alat ini mengukur fluktuasi suhu CMB dengan akurasi yang ditetapkan oleh batas astrofisika dasar.

Inflasi

Satu masalah yang muncul dari hasil COBE asli, dan yang bertahan dengan data WMAP beresolusi lebih tinggi, adalah bahwa Alam Semesta terlalu homogen. 

Bagaimana mungkin potongan-potongan Alam Semesta yang tidak pernah bersentuhan satu sama lain mencapai kesetimbangan pada suhu yang sama? Namun, masalah ini dan masalah kosmologis lainnya dapat diselesaikan jika ada periode yang sangat singkat segera setelah Big Bang di mana Alam Semesta mengalami ledakan ekspansi luar biasa yang disebut "inflasi". 

Agar inflasi ini terjadi, Alam Semesta pada saat Big Bang pasti diisi dengan bentuk energi yang tidak stabil yang sifatnya belum diketahui. Apa pun sifatnya, model inflasi memprediksi bahwa energi primordial ini akan terdistribusi secara tidak merata di ruang angkasa karena sejenis kebisingan kuantum yang muncul ketika alam semesta masih sangat kecil. Pola ini akan dipindahkan ke materi Alam Semesta dan akan muncul dalam foton yang mulai mengalir dengan bebas pada saat rekombinasi. Akibatnya, kita berharap untuk melihat, dan benar-benar melihat, pola semacam ini dalam gambar alam semesta COBE dan WMAP.

Tapi semua ini menyisakan pertanyaan yang tidak terjawab tentang apa yang mendorong inflasi. Satu kesulitan dalam menjawab pertanyaan ini adalah bahwa inflasi telah berakhir jauh sebelum rekombinasi, sehingga opasitas Alam Semesta sebelum rekombinasi, pada dasarnya adalah tirai yang menutupi peristiwa-peristiwa awal yang menarik itu.

Untungnya ada cara mengamati alam semesta yang tidak melibatkan foton sama sekali. Gelombang gravitasi, satu-satunya bentuk informasi yang diketahui yang dapat mencapai kita tanpa terdistorsi sejak Big Bang dapat membawa informasi yang tidak dapat kita peroleh dengan cara lain. 

Hingga kini beberapa misi sedang dipertimbangkan oleh NASA dan ESA yang akan mencari gelombang gravitasi dari zaman inflasi.

Energi Gelap

Selama tahun-tahun setelah Hubble dan COBE, gambaran Big Bang berangsur-angsur menjadi lebih jelas. Namun pada tahun 1996, pengamatan supernova yang sangat jauh membutuhkan perubahan dramatis pada gambarannya. 

Selama ini selalu diasumsikan bahwa materi alam semesta akan memperlambat kecepatan ekspansinya. Massa menciptakan gravitasi, gravitasi menciptakan tarikan, tarikan harus memperlambat ekspansi. Tetapi pengamatan supernova menunjukkan bahwa perluasan alam semesta bukannya melambat, malah semakin cepat. Ini tidak seperti materi dan tidak seperti energi biasa, melainkan mendorong galaksi-galaksi terpisah. "Benda" ini dijuluki energi gelap, tetapi memberinya nama bukanlah untuk memahaminya. Apakah energi gelap adalah jenis cairan dinamis, sampai sekarang tidak diketahui fisika, atau apakah itu adalah properti dari ruang kosong kosong, atau mungkin beberapa modifikasi relativitas umum yang belum diketahui.

Baca Juga

Related Posts