Sejarah dan Asal Usul Alam Semesta Menurut Ilmuwan (Bagian 3)

Naviri Magazine - Uraian ini adalah lanjutan uraian sebelumnya (Sejarah dan Asal Usul Alam Semesta Menurut Ilmuwan - Bagian 2). Untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik, sebaiknya bacalah uraian sebelumnya terlebih dulu.

Fraksi paling awal dalam 1 detik

Para astronom pada tahun 1970-an punya masalah dalam memahami alam semesta awal. Ketika mereka memeriksa ruang angkasa dengan teleskop radio, mereka menemukan radiasi gelombang mikro dengan latar cahaya samar.

Variasi kepadatan sinyal gelombang mikro diinterpretasikan sebagai variasi kepadatan materi di alam semesta awal. Anehnya, latar cahaya radiasi seragam ke segala arah. Ini tampaknya tidak masuk akal; ilmuwan berharap untuk menemukan daerah dengan kepadatan ruang dan suhu yang berbeda, karena daerah ini tampak terlalu jauh untuk berevolusi bersama.

Fisikawan Amerika, Alan Guth, mengusulkan penjelasannya pada tahun 1980. Ia berteori bahwa dalam fraksi kecil hanya mengikuti Big Bang. Alam semesta pun mengalami ekspansi dengan sangat cepat. Dalam sekejap, volumenya meningkat dengan faktor 10ˆ78 (angka 10 diikuti dengan 78 nol), dan peristiwa yang disebut “inflasi” berakhir.

Model inflasi menjelaskan mengapa alam semesta muncul seragam di semua arah: segala sesuatu di dalamnya berkembang bersama-sama sebelum inflasi. Ini memiliki implikasi mengejutkan lainnya, yaitu bagian ruang yang dapat kita lihat hanya merupakan sepetak kecil dalam apa yang seharusnya menjadi alam semesta yang luas dan tidak dapat dideteksi secara langsung.

0,001 detik hingga 3 menit setelah Big Bang

Setelah inflasi, terjadi pendinginan meski masih tak terbayangkan betapa panas alam semesta saat mengalami transisi fase. Partikel dasar diciptakan dari bentuk materi yang disebut quark-gluon plasma.

Seperseribu detik setelah Big Bang, sejumlah besar materi dan antimateri saling memusnahkan (meninggalkan materi yang ada di alam semesta saat ini). Dalam waktu tiga menit suhu alam semesta turun menjadi sekitar satu miliar derajat dan atom mulai terbentuk yang dimulai dari unsur sederhana: hidrogen dan helium.

Plasma quark-gluon alam semesta awal masih bersifat teoritis dan dianggap menjadi kemungkinan karena sebuah teori yang disebut Quantum Chromodynamics. Pertama kali, teori ini dirumuskan fisikawan Amerika, Murray Gell-Mann.

Partikel-partikel nuklir dasar, proton dan neutron, yang diperkirakan terbuat dari partikel yang lebih fundamental, disebut “quark.” Quark tidak pernah ditemukan bepergian sendirian kecuali di bawah suhu yang sangat tinggi, seperti saat setelah Big Bang. 

Fisikawan mencoba menciptakan kembali plasma yang diperkirakan telah membentuk alam semesta awal di bumi itu. Mereka menggunakan akselerator partikel untuk menghancurkan partikel-partikel subatomik.

3 menit hingga 379.000 tahun setelah Big Bang

Selama periode ini, kondisi alam semesta awal panas dan buram. Dimulai pada sekitar 379.000 tahun setelah Big Bang, alam semesta cukup dingin sehingga cahaya bisa memisahkan diri dari materi dan bepergian dengan bebas. Singkatnya, alam semesta menjadi transparan. 

150 juta sampai 1 milyar tahun setelah Big Bang

Selama periode ini, alam semesta awal masih panas dan buram. Dimulai pada sekitar 379.000 tahun setelah Big Bang, alam semesta cukup dingin. Pada tahun 1960, astronom Belanda, Maarten Schmidt, mengidentifikasi benda dalam ruang angkasa yang aneh: sangat terang pada panjang gelombang radio. Ia menyebutnya sebagai “quasi-stellar radio sources.”

Sementara astrofisikawan AS, Hong-Yee Chiu, menamai fenomena itu “quasar.” Quasar tertangkap pada tahun 1950 oleh teleskop radio. Ketika Schmidt mengukur jarak quasar dengan mempelajari redshift dari spektrum mereka, apa yang ia temukan sungguh menakjubkan. Benda-benda itu miliaran tahun cahaya jauhnya sehingga sangat terang untuk dapat dideteksi di bumi.

Kemudian studi menunjukkan bahwa quasar merupakan galaksi aktif yang telah terbentuk sangat awal dalam sejarah alam semesta. Keruntuhan gravitasi menyebabkan materi menyatu dan akhirnya membentuk lubang hitam raksasa dengan massa miliaran matahari.

Sebuah lubang hitam berposisi di tengah-tengah sebuah quasar, mengumpulkan materi dan memanaskannya, untuk menjadikannya sebagai plasma bersuhu tinggi, yang dapat melakukan perjalanan mendekati kecepatan cahaya. Cahaya itu terpisah dari materi dan bepergian dengan bebas. Singkatnya, alam semesta menjadi transparan.

9 Miliar Tahun Setelah Big Bang

Bintang-bintang paling awal terbentuk ketika alam semesta berusia 300 juta tahun. Mereka berusia pendek dan supermasif. Sebagian besar terdiri dari hidrogen dan helium serta tidak mengandung logam.

Bintang-bintang tersebut meledak menjadi supernova pertama dan generasi berikutnya tercipta dari sisa-sisa matahari awal. Analisis spektrum cahaya matahari menunjukkan bahwa sisa-sisa matahari awal kaya akan logam.

Sumber daya matahari adalah misteri sampai kemudian fisikawan Jerman, Albert Einstein, pada tahun 1905 menyatakan bahwa materi dapat dikonversi menjadi energi dengan persamaan E=mcˆ2. 

Pada tahun 1920, astrofisikawan Inggris, Sir Arthur Eddington menyarankan bahwa matahari mungkin mendukung sebuah reaktor fusi nuklir yang menghasilkan panas dan energi cahaya dengan mengubah hidrogen menjadi helium.

Studi spektrum cahaya matahari dan bintang lainnya menumbuhkan konfirmasi bahwa proses fusi nuklir menciptakan unsur-unsur atom.

Alam semesta sekarang

Para ilmuwan telah mengumpulkan gambaran yang mengesankan dari sejarah, asal usul dan sifat alam semesta kita. Namun, kita tidak tahu segala sesuatu yang perlu diketahui. Masih banyak pertanyaan dalam bidang fisika dan kosmologi.

Sebagai contoh: Apakah materi gelap dan apakah hal itu benar-benar ada? Mengapa ekspansi alam semesta tampak cepat? Bagaimana bentuk aktual dan ukuran alam semesta dan berapa banyak dimensi yang dimilikinya? Bagaimana nasib akhir alam semesta?