Langsung ke konten utama

Benarkah Alam Semesta Berumur 13,8 Miliar Tahun?

13,8-miliar-tahun-usia-alam-semesta-astronomi
Jika melihat lebih jauh dan lebih jauh lagi, maka kita juga melihat lebih jauh dan lebih jauh ke masa lalu. Jarak paling jauh yang bisa kita lihat adalah 13,8 miliar tahun. Inilah perkiraan usia alam semesta, tapi apakah hal itu benar?
NASA/STScI/A. Felid

Anda pasti pernah mendengar alam semesta telah eksis selama 13,8 miliar tahun sejak Big Bang dan para ilmuwan sangat yakin dengan perkiraan ini. Sebenarnya, margin eror usia alam semesta hanya di bawah angka 100 juta tahun, atau kurang dari 1% usia alam semesta itu sendiri. Tapi sains sudah pernah salah di masa lalu. Lantas, apakah sains kembali salah dalam penentuan usia alam semesta? Itulah yang ingin diketahui oleh user John Deer, yang bertanya: "Lord Kelvin memprediksi usia Matahari di antara 20-40 juta tahun karena pemodelannya tidak mencakup mekanika kuantum dan relativitas. Apakah kesalahan serupa juga bisa terjadi jika diterapkan ke usia alam semesta?

Mari kita kembali ke sejarah masa lalu dulu, sebelum beralih ke sains modern untuk lebih memahaminya!

menentukan-usia-alam-semesta-astronomi
Bintang, nebula dan gugus bintang di galaksi Bima Sakti kita dapat digunakan untuk menentukan perkiraan usia alam semesta. Namun pemahaman kita yang terbatas menyebabkan kesalahan besar untuk memprediksi usia tata surya, apalagi alam semesta?
Survei VST/ESO 

Pada akhir abad ke-19, timbul kontroversi pelik mengenai usia alam semesta. Berdasarkan bukti dari biologi dan geologi, Charles Darwin menyimpulkan usia Bumi, jika tidak milyaran tahun, setidaknya ratusan juta tahun. Tapi Lord Kelvin yang melihat proses yang terjadi pada bintang, justru menyimpulkan usia Matahari yang jauh lebih muda. Satu-satunya reaksi yang dia ketahui adalah reaksi kimia, seperti pembakaran dan kontraksi gravitasi. Ternyata kontraksi gravitasi adalah proses bagaimana bintang katai putih mendapatkan energinya, tapi dengan mengeluarkan energi yang setara dengan energi Matahari, maka usia Matahari hanya puluhan juta tahun saja. Kedua gambaran teori Charles Darwin dan Lord Kevin ini tidak masuk akal.

usia-matahari-astronomi
Suar surya yang menghasilkan materi dari bintang induk kita ke seluruh tata surya, telah mengurangi 0,03% massa Matahari dari massa original Matahari. Materi yang hilang ini setara dengan massa Saturnus. Sebelum para ilmuwan mengetahui reaksi fusi nuklir Matahari, maka usia Matahari tidak bisa ditentukan secara akurat.
Observatorium Diamika Matahari NASA/GSFC

Tentu saja, perhitungan ini baru bisa dipecahkan beberapa dekade kemudian, melalui penemuan reaksi fusi nuklir dan penerapan teori Einstein, E=mc2 ke fusi hidrogen yang terjadi di Matahari. Dengan metode baru ini kita mengetahui bahwa rentang hidup Matahari bisa mencapai 10-12 miliar tahun, sementara usia Matahari dan tata surya saat ini sekitar 4,5 miliar tahun. Usia Matahari (dari astronomi), Bumi (dari geologi), dan kehidupan (dari biologi) semuanya berbaris sejajar dalam garis yang konsisten dan koheren.

bumi-dari-stasiun-luar-angkasa-astronomi
Usia Matahari, Bumi, dan kehidupan di dunia kita dianggap konsisten, meskipun pada akhir tahun 1800-an, usia Bumi dianggap jauh lebih tua daripada Matahari.
Kru Ekspedisi 7 Stasiun Luar Angkasa Internasional, EOL, NASA

Para ilmuwan modern memiliki dua cara untuk menghitung usia alam semesta, melalui pengamatan galaksi dan bintang di dalamnya dan melalui fisika ekspansi alam semesta yang terus meluas. Bintang dianggap sebagai metrik yang kurang tepat, karena kita hanya bisa melihat mereka pada satu waktu saja, kemudian melakukan ekstrapolasi evolusi bintang di masa lalu. Cara ini berguna saat kita memiliki populasi besar bintang, seperti gugus bintang globular, tapi akan lebih sulit diterapkan untuk bintang tunggal. Metodenya sederhana: ketika populasi besar bintang dilahirkan bersamaan, mereka hadir dalam berbagai ukuran dan warna, mulai dari panas, masif, dan biru, hingga dingin, kecil, dan merah. Seiring berlalunya waktu, bintang yang lebih besar mengkonsumsi bahan bakar hidrogen untuk reaksi fusi nuklir lebih cepat, karena itu tahap evolusi dijalani lebih cepat, kemudian mati.

siklus-hidup-bintang-astronomi
Siklus hidup bintang dapat dipahami dalam konteks diagram warna/magnitudo (skala kecerahan bintang). Seiring bertambahnya usia bintang, mereka 'mematikan' diagram dan memungkinkan kita untuk menentukan tanggal lahir gugus.
Richard Powell under c.c.-by-s.a.-2.5 (kiri); R. J. Hall under c.c.-by-s.a.-1.0 (kanan)

Jika bisa mengamati bintang-bintang yang berhasil bertahan, maka kita bisa menentukan usia populasi bintang. Banyak gugus bintang globular yang usianya melampaui 12 miliar tahun, beberapa di antaranya bahkan melebihi usia 13 miliar tahun. Dengan kemajuan teknik dan kemampuan observasi, kita tak sekadar mampu mengukur kandungan karbon, oksigen, atau besi dari bintang tunggal, namun juga melalui kelimpahan uranium dan peluruhan radioaktif, bersama unsur-unsur yang diciptakan saat Big Bang, kita bisa menentukan usia mereka secara langsung.

bintang-kuno-usia-13-miliar-tahun-astronomi
Terletak sekitar 4,140 tahun cahaya di lingkaran halo galaksi, SDSS J102915+172927 adalah bintang purba yang hanya memiliki 1/20.000 elemen berat dibandingkan Matahari. Ia seharusnya berusia lebih dari 13 miliar tahun, salah satu bintang tertua di alam semesta, bahkan mungkin terbentuk sebelum Bima Sakti.
ESO, Digitized Sky Survey 2

Bintang HE 1523-0901, dengan sekitar 80% massa Matahari, hanya mengandung 0,1% kandungan besi Matahari. Setelah kelimpahan unsur radioaktifnya diukur, usianya diperkirakan sekitar 13,2 miliar tahun. Pada tahun 2015, sembilan bintang di dekat pusat Bima Sakti, diperkirakan terbentuk 13,5 miliar tahun yang lalu, hanya 300 juta tahun setelah Big Bang, bahkan sebelum Bima Sakti terbentuk. Salah satu dari mereka memiliki kurang dari 0,001 % kandungan besi Matahari, bintang paling murni yang pernah ditemukan. Dan yang lebih kontroversial, bintang Metusalah diperkirakan berusia 14,46 miliar tahun, meskipun dengan margin eror sekitar 800 juta tahun.

Tapi, ada cara yang lebih baik dan lebih tepat untuk mengukur umur alam semesta, yaitu melalui ekspansi kosmik.

kemungkinan-takdir-alam-semesta-astronomi
Keempat kemungkinan takdir pamungkas kosmos. Yang terakhir nampaknya adalah alam semesta yang kita tinggali, didominasi oleh energi gelap. Apa yang ada di alam semesta, dipadukan dengan hukum fisika, tak hanya menentukan usia tapi juga bagaimana volume alam semesta menjadi semakin luas.
E. Siegel/Beyond The Galaxy

Dengan mengukur apa yang ada di alam semesta hari ini, bagaimana objek-objek yang jauh bergerak dan bagaimana cahaya mereka berperilaku di sekitar objek yang lebih dekat, dan untuk jarak terjauh yang dapat diamati, kita dapat merekonstruksi sejarah ekspansi alam semesta. Sekarang kita mengetahui komposisi alam semesta terdiri dari sekitar 68% energi gelap, 27% materi gelap, 4,9% materi normal, 0,1% neutrino, dan 0,01% radiasi. Kita juga tahu bagaimana komponen-komponen ini berkembang pada waktunya, termasuk alam semesta yang mematuhi hukum-hukum Relativitas Umum. Jika potongan-potongan informasi ini dikombinasikan, maka akan membentuk gambaran menarik tentang asal usul kosmik kita itu sendiri.

tiga-tipe-pengukuran-alam-semesta-astronomi
Tiga tipe pengukuran, bintang dan galaksi jauh, struktur berskala besar di alam semesta dan fluktuasi latar belakang gelombang mikrokosmik, telah mengungkap sejarah ekspansi alam semesta.
NASA/ESA Hubble (kiri atas), SDSS (kanan atas), ESA dan Planck Kolaborasi (bawah)

Selama beberapa detik pertama, alam semesta adalah kekacauan partikel dan antipartikel yang terionisasi, yang akhirnya mendingin dan memungkinkan pembentukan inti atom setelah beberapa menit. Setelah 380.000 tahun, atom netral pertama terbentuk. Lebih dari puluhan sampai ratusan juta tahun, gaya gravitasi membentuk atom-atom netral menjadi bintang kemudian galaksi. Miliaran tahun kemudian, galaksi tumbuh dan bergabung untuk memberi alam semesta yang kita lihat sekarang. Melalui data yang dikumpulkan dari berbagai sumber, termasuk latar belakang gelombang mikro kosmik, pengelompokan galaksi berskala besar, supernova jauh, dan osilasi akustik barion, kita tiba pada sebuah gambaran tunggal yang menarik: alam semesta yang berusia 13,8 miliar tahun.

sejarah-kosmik-alam-semesta-astronomi
Ilustrasi sejarah kosmik selama 13,8 miliar tahun.
ESA dan Kolaborasi Planck/E. Siegel (koreksi). 

Memang ada margin eror untuk perkiraan usia alam semesta, sebaimana tertuang di banyak situs, seperti Wikipedia, yang mengutip alam semesta berusia 13.799 ± 0.021 miliar tahun. Margin eror 21 juta tahun dapat melambung hingga lima kali lipat jika ada kesalahan sistematis dalam perhitungan. Saat ini masih terjadi kontroversi mengenai tingkat ekspansi alam semesta (konstanta Hubble). Latar belakang mikro kosmik menetapkan nilai konstanta Hubble mendekati 67 km/d/Mpc (kilometer per detik per megaparsec), sementara bintang dan supernova sekitar 74 km/d/Mpc. Demikian pula rasio antara materi gelap dan energi gelap. Beberapa ilmuwan menghitung rasio terendah 1: 2, sementara yang lain lebih menyukai rasio 1: 3 atau berada di antara kedua rasio tersebut. Tergantung bagaimana teka-teki ini diselesaikan, alam semesta diprediksi berusia antara 13,6-14 miliar tahun.

mengukur-sejarah-ekspansi-alam-semesta-melalui-cahaya-pertama-astronomi
Salah satu cara untuk mengukur sejarah ekspansi alam semesta adalah dengan melihat cahaya pertama yang dapat kita lihat, ketika alam semesta baru berusia 380.000 tahun. Cara lain tidak bisa mundur sejauh itu, tapi juga berpotensi untuk terkontaminasi oleh kesalahan sistematis.
Kredit: ESO

Angka 13,8 miliar tahun tidak akan terlalu banyak mengalami revisi. Meskipun ada teori fisika yang lebih fundamental daripada gaya, partikel, dan interaksi yang telah kita ketahui, kemungkinan besar tidak akan mengubah fisika tentang sifat bintang, gravitasi, ekspansi kosmik, atau bagaimana radiasi, materi gelap dan energi gelap membentuk alam semesta kita. Semua hal ini telah diukur dengan baik, terkoordinasi dengan baik, dipahami dengan baik dan cukup masuk akal. Bahkan jika energi gelap berevolusi, konstanta fundamental fisika seperti G (konstata gravitasi) atau c (kecepatan cahaya) atau h (konstata listrik) berubah dari waktu ke waktu, atau partikel Model Standar dapat dipecah lagi, usia alam semesta tidak akan mengalami banyak perubahan sejak Big Bang sampai sekarang.

Revisi dan kejutan pasti akan terjadi, tapi ketika sampai ke usia alam semesta, setelah ribuan tahun mengajukan pertanyaan, umat manusia akhirnya memiliki sebuah jawaban yang dapat dipercaya.

Ditulis oleh: Ethan Siegel, kontributor www.forbes.com

Selain astrofisikawan dan penulis, Ethan Siegel adalah pendiri dan penulis utama Starts With A Bang! Dapatkan kedua bukunya yang berjudul "Treknology" dan "Beyond The Galaxy".


#terimakasihgoogle

Komentar

Postingan populer dari blog ini

Apa Itu Kosmologi? Definisi dan Sejarah

Potret dari sebuah simulasi komputer tentang pembentukan struktur berskala masif di alam semesta, memperlihatkan wilayah seluas 100 juta tahun cahaya beserta gerakan koheren yang dihasilkan dari galaksi yang mengarah ke konsentrasi massa tertinggi di bagian pusat. Kredit: ESO Kosmologi adalah salah satu cabang astronomi yang mempelajari asal mula dan evolusi alam semesta, dari sejak Big Bang hingga saat ini dan masa depan. Menurut NASA, definisi kosmologi adalah “studi ilmiah tentang sifat alam semesta secara keseluruhan dalam skala besar.” Para kosmolog menyatukan konsep-konsep eksotis seperti teori string, materi gelap, energi gelap dan apakah alam semesta itu tunggal ( universe ) atau multisemesta ( multiverse ). Sementara aspek astronomi lainnya berurusan secara individu dengan objek dan fenomena kosmik, kosmologi menjangkau seluruh alam semesta dari lahir sampai mati, dengan banyak misteri di setiap tahapannya. Sejarah Kosmologi dan Astronomi Pemahaman manusia

Inti Galaksi Aktif

Ilustrasi wilayah pusat galaksi aktif. (Kredit: NASA/Pusat Penerbangan Antariksa Goddard) Galaksi aktif memiliki sebuah inti emisi berukuran kecil yang tertanam di pusat galaksi. Inti galaksi semacam ini biasanya lebih terang daripada kecerahan galaksi. Untuk galaksi normal, seperti galaksi Bima Sakti, kita menganggap total energi yang mereka pancarkan sebagai jumlah emisi dari setiap bintang yang ada di dalamnya, tetapi tidak dengan galaksi aktif. Galaksi aktif menghasilkan lebih banyak emisi energi daripada yang seharusnya. Emisi galaksi aktif dideteksi dalam spektrum inframerah, radio, ultraviolet, dan sinar-X. Emisi energi yang dipancarkan oleh inti galaksi aktif atau active galaxy nuclei (AGN) sama sekali tidak normal. Lantas bagaimana AGN menghasilkan output yang sangat energik? Sebagian besar galaksi normal memiliki sebuah lubang hitam supermasif di wilayah pusat. Lubang hitam di pusat galaksi aktif cenderung mengakresi material dari wilayah pusat galaksi yang b

Messier 73, Asterisme Empat Bintang yang Membentuk Huruf Y

Asterisme Messier 73. Kredit gambar: Wikisky Messier 73 adalah asterisme (pola bintang) yang disusun oleh empat bintang di rasi selatan Aquarius yang terletak sekitar 2.500 tahun cahaya dari Bumi. Dengan magnitudo semu 9, nama lain bagi Messier 73 adalah NGC 6994 di New General Catalogue . Keempat bintang yang menyusun asterisme mirip huruf Y tidak memiliki hubungan secara fisik satu sama lain, mereka hanya tampak berdekatan di langit karena berada di satu garis pandang ketika diamati dari Bumi. Messier 73 cukup redup dan tidak mudah diamati menggunakan teropong 10×50, dibutuhkan setidaknya teleskop 4 inci untuk mengungkap pola huruf Y secara mendetail. Menduduki area 2,8 busur menit, keempat bintang Messier 73 memiliki magnitudo semu 10,48, 11,32, 11,90 dan 11,94. Musim panas adalah waktu terbaik untuk mengamatinya. Messier 73 dapat ditemukan di sebelah selatan Aquarius, tepatnya di dekat perbatasan dengan Capricornus. Messier 73 juga bisa dilokalisir hanya 1,5 der