Ekspansi Alam Semesta

Big Bang merupakan konsekuensi alami dari Relativitas Umum Einstein yang diterapkan ke alam semesta homogen. Namun, pada tahun 1917 gagasan bahwa alam semesta mengembang justru dianggap tidak masuk akal. Jadi, Einstein kemudian menggagas Konstanta Kosmologis sebagai sebuah ketentuan dalam teori Relativitas Umum untuk membenarkan alam semesta statis.
 
Pada tahun 1929, Edwin Hubble mempublikasikan hasil observasinya terhadap terhadap galaksi-galaksi di luar Bima Sakti kita, yang mengungkap bahwa mereka bergerak menjauhi kita secara sistematis dalam kecepatan yang sebanding dengan jarak setiap galaksi dari kita. Semakin jauh jarak sebuah galaksi, semakin cepat galaksi bergerak menjauh dari kita.
 
Sungguh ironi, karena observasi Hubble justru sesuai dengan yang diprediksi oleh Relativitas Umum sejak awal, alam semesta itu mengembang dan tidak statis. Hubble mengamati bagaimana cahaya dari galaksi-galaksi jauh mengalami pergeseran yang lebih jauh ke arah ujung merah spektrum cahaya daripada galaksi-galaksi dekat.
 
Secara spesifik, bentuk utama hukum ekspansi Hubble adalah kecepatan resesi sebanding dengan jarak. Hubble mengungkapkan gagasan itu dalam sebuah persamaan: (jarak/waktu) per megaparsec. 1 Megaparsec adalah 3,26 juta tahun cahaya.

Proporsi hukum ekspansi Hubble digambarkan dalam ilustrasi model roti kismis yang mengembang. Jika setiap bagian roti mengembang dengan ukuran yang sama dalam selang waktu tertentu, maka kismis akan saling menjauh sebagaimana diprediksi dalam hukum ekspansi Hubble. Dalam selang waktu tertentu, kismis-kismis terdekat hanya akan saling terpisah relatif lebih dekat, sedangkan kismis-kismis terjauh akan saling terpisah relatif lebih jauh. Perilaku serupa akan terlihat dari kismis mana pun di permukaan roti.
 
Dengan kata lain, hukum Hubble sejalan dengan alam semesta homegen yang mengembang, seperti yang diprediksi oleh teori Big Bang. Selain itu, tidak ada kismis (galaksi) yang menempati tempat khusus di alam semesta, kecuali jika berada terlalu dekat ke bagian tepi roti yang merusak analogi.
 
Hasil perhitungan ekspansi alam semesta (Konstanta Hubble) menggunakan WMAP adalah 71,0 ±2,5 (km/detik)/Mpc. Jika data WMAP digabungkan dengan data-data kosmologi lainnya, maka estimasi terbaik Konstanta Hubble adalah 70,4 ±1,4 (km/sec)/Mpc. Jadi, sebuah galaksi yang terletak pada jarak 1 Mpc, akan menjauhi kita dengan kecepatan 70,4 ±1,4 km/detik, objek yang berjarak 2 Mpc akan menjauh dengan kecepatan sekitar 140,8 km/dtk, dan seterusnya.
 
Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) adalah sebuah misi Explorer NASA yang diluncurkan pada bulan Juni 2001 untuk melakukan pengukuran dasar kosmologi (studi tentang sifat alam semesta secara keseluruhan). Misi WMAP dianggap sangat berhasil dan telah menghasilkan Model Standar Kosmologi baru.
 
Dengan mengkarakterisasi struktur fluktuasi latar belakang gelombang mikro kosmik secara mendetail, WMAP mampu menentukan parameter kosmologis dasar dengan akurat, termasuk konstanta kosmologis, hingga 1% lebih baik (per tahun 2013).
 
Konstanta Hubble
 
Konstanta Hubble adalah parameter kosmologis untuk menentukan skala, ukuran dan usia alam semesta. Selain itu, Konstanta Hubble adalah salah satu cara untuk menghitung secara langsung bagaimana alam semesta berevolusi. Saat ini, laju ekspansi alam semesta dilambangkan sebagai Konstanta Hubble (H₀).
 
Pengukuran menggunakan berbagai teknik, menentukan konstanta Hubble sekitar 70-76 kilometer per detik untuk setiap satu megaparsec (Mpc, sekitar 3,26 juta tahun cahaya). Jadi sebuah objek yang terletak pada jarak 1 Mpc, akan menjauhi kita dengan kecepatan 70-76 km/detik, objek yang berjarak 2 Mpc akan menjauh dengan kecepatan 140-152 km/dtk, dan seterusnya.
 
Sejak awal tahun 1900-an, umat manusia telah mengubah cara pandangnya terhadap alam semesta. Kita telah memahami bahwa galaksi kita hanyalah satu dari tak terhitung banyaknya galaksi yang saling menjauh satu sama lain, dan laju ekspansi alam semesta justru semakin cepat. Wawasan ini bergantung terhadap penemuan penting yang dihasilkan astronom Amerika Henrietta Leavitt.
 
Pada tahun 1908, Leavitt mempublikasikan hasil studi tentang tipe bintang tertentu yang disebut variabel Cepheid. Skala kecerahan bintang variabel Cepheid ternyata meningkat dan menurun secara periodik, Leavitt kemudian memperhatikan hubungan antara kecerahan dan seberapa cepat bintang berfluktuasi. Relasi antara keduanya memungkinkan perhitungan jarak dalam skala kosmik, karena para astronom dapat membandingkan skala kecerahan sejati bintang dengan seberapa terang bintang terlihat dari Bumi.
 
Menggunakan informasi ini, astronom Amerika Edwin Hubble menentukan jarak ke beberapa bercak redup di langit yang sebelumnya dianggap nebula, awan gas dan debu raksasa yang ditemukan di antara bintang-bintang. Hubble menyimpulkan beberapa di antaranya terletak jauh di luar galaksi Bima Sakti kita, sekaligus membuktikan bahwa mereka bukanlah nebula, melainkan keseluruhan struktur dari galaksi-galaksi lain.
 
Hubble kemudian mempublikasikan penemuannya pada tahun 1924, disusul prediksi lain yang sama mengejutkannya pada tahun 1929, galaksi-galaksi yang saling menjauh satu sama lain. Fenomena ini sebenarnya telah diprediksi oleh astronom dan ahli matematika Georges Lemaître dari Belgia pada tahun 1927, meskipun belum ada bukti observasi yang mendukung prediksi.
 
Sementara saat itu hampir semua orang meyakini bahwa alam semesta statis, Hubble menunjukkan kebalikannya, alam semesta sebenarnya terus meluas, melalui penemuan hubungan antara jarak galaksi dengan pergeseran merah. Cahaya bergeser ke warna merah dalam spektrum elektromagnetik jika sumber bergerak menjauhi pengamat. Dari pergeseran merah ini kita mengetahui seberapa cepat sumber menjauh, jadi konstanta Hubble ternyata tidak konstan dan berubah seiring waktu.
 
Nilai Konstanta Hubble
 
Hasil terbaik nilai Konstanta Hubble saat ini diperoleh menggunakan bintang variabel Cepheid yang diukur oleh tim SH0ES menggunakan Teleskop Antariksa Hubble NASA. Tim SH0ES memperoleh nilai sekitar 73,5 km/detik/Mpc. Namun, pengukuran terbaru menggunakan bintang raksasa merah menunjukkan nilai 70-72 km/detik/Mpc.
 
Satu hal yang sama dari semua studi yang mengukur Konstanta Hubble adalah hasilnya secara signifikan lebih tinggi daripada prediksi model bagaimana alam semesta muncul lebih dari 13 miliar tahun yang lalu. Pengukuran alam semesta awal memprediksi nilai konstanta Hubble sekitar 67,4 km/detik/Mpc.
 
Nilai Konstanta Hubble yang diprediksi dari alam semesta awal berasal dari model kosmologi standar dan pengukuran satelit Planck Badan Antariksa Eropa (ESA). Model ini sudah mapan dan didukung oleh banyak penelitian selama beberapa dekade, sedangkan prediksi Konstanta Hubble dari alam semesta modern sebenarnya didukung oleh hasil pengukuran Planck, namun pengukuran menunjukkan bahwa alam semesta meluas lebih cepat dari yang diperkirakan. Perbedaan hasil ini telah membingungkan para ilmuwan dalam beberapa tahun terakhir.
 
Jadi, entah ada yang salah dengan teknik pengukuran atau model teoritis tentang evolusi alam semesta, atau mungkinkah keduanya hanya perlu sedikit penyesuaian.
 
Ditulis oleh: Staf wmap.gsfc.nasa.gov
 
Sumber: Tests of Big Bang: Expansion
 
#terimakasihgoogle dan #terimakasihnasa