Nukleosintesis Big Bang

Istilah nukleosintesis mengacu pada pembentukan unsur-unsur yang lebih berat, yaitu inti atom dengan banyak proton dan neutron dari unsur-unsur lebih ringan yang melebur menjadi satu. Teori Big Bang memprediksi alam semesta awal sebagai tempat yang sangat panas. Satu detik setelah Big Bang, suhu alam semesta diperkirakan sekitar 10 miliar derajat dan dipenuhi dengan lautan neutron, proton, elektron, anti-elektron (positron), foton, dan neutrino.
 
Ketika alam semesta mulai mendingin, neutron meluruh menjadi proton dan elektron atau bergabung dengan proton untuk menjadi deuterium (isotop hidrogen). Selama tiga menit pertama setelah Big Bang, sebagian besar deuterium bergabung untuk menjadi helium, sembari memproduksi sejumlah kecil lithium. Proses pembentukan unsur-unsur ringan di alam semesta awal ini disebut “Nukleosintesis Big Bang”.
 
Prediksi kelimpahan deuterium, helium dan litium bergantung pada massa jenis materi normal di alam semesta awal (sebagaimana ditunjukkan pada gambar di atas), yang mengindikasikan bahwa di atas ambang batas tertentu, helium relatif lebih cenderung melimpah daripada materi normal. Para kosmolog memprediksi Big Bang menghasilkan helium yang sekitar 24% lebih banyak daripada materi lainnya di alam semesta awal. Faktanya, hal itu sesuai dengan observasi sains, sekaligus menjadi kemenangan besar lainnya bagi teori Big Bang.

 
Namun, model Big Bang dapat diuji secara lebih lanjut. Tingginya presisi pengukuran terhadap kelimpahan materi normal, justru sangat membatasi prediksi kelimpahan unsur-unsur ringan lainnya. Satelit WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) NASA mumpuni dalam mengukur kerapatan materi normal secara langsung dan menemukan nilai sebesar 4,6% (±0,2%), yang ditunjukkan oleh garis merah vertikal pada grafik di atas.
 
Pengukuran WMAP mengarah ke kelimpahan yang diprediksi, sebagaimana ditunjukkan oleh lingkaran dalam grafik dan sesuai dengan kelimpahan yang teramati, sekaligus menjadi ujian terpenting dan terperinci terhadap nukleosintesis, serta menjadi bukti lebih lanjut yang mendukung teori Big Bang.
 
Jika hasilnya saling bertolak belakang, maka akan menunjukkan: 1) kesalahan dalam data, 2) pemahaman yang tidak lengkap tentang proses Nukleosintesis Big Bang, 3) kesalahpahaman tentang mekanisme yang menghasilkan fluktuasi radiasi latar belakang gelombang mikro, atau 4) permasalahan yang lebih fundamental dengan teori Big Bang.
 
Nukleosintesis di Bintang-Bintang
 
Semua unsur yang lebih berat dari litium disintesis di bintang-bintang. Selama tahap akhir evolusi kehidupan bintang, bintang-bintang masif menempa helium menjadi karbon, oksigen, silikon, belerang, dan besi. Unsur-unsur yang lebih berat dari besi diproduksi dalam dua cara: di lapisan terluar bintang-bintang supergiant dan di dalam ledakan supernova. Secara harfiah, segala kehidupan berbasis karbon di Bumi terdiri dari debu-debu bintang.
 
Sejarah
 
Pada tahun 1948, fisikawan George Gamow menggagas hipotesis tentang semua unsur yang mungkin telah diproduksi di alam semesta awal yang panas dan padat. Gamow kemudian menyarankan mahasiswanya, Ralph Alpher, untuk menghitung hipotesis itu.
 
Dalam tesis PhD-nya, Alpher bekerja sama dengan Robert Herman dan menemukan kesalahan dalam hipotesis, karena sebagian besar unsur tidak mungkin diproduksi di alam semesta awal. Permasalahannya terletak pada neutron yang meluruh dalam waktu sekitar 10 menit dan massa jenisnya menurun seiring ekspansi alam semesta selama waktu 10 menit tersebut. Jadi, tidak cukup waktu untuk terus memproduksi unsur-unsur yang lebih berat sebelum neutron habis.
 
Unsur-unsur berat ternyata diproduksi setelahnya di bintang-bintang dan hanya unsur-unsur ringan yang diproduksi di alam semesta awal. Prediksi tentang keberadaan latar belakang gelombang mikro kosmik yang memiliki spektrum benda hitam dengan suhu sekitar 5 derajat di atas nol mutlak, merupakan produk samping dari pembentukan unsur-unsur ringan di alam semesta awal.
 
Ditulis oleh: Staf wmap.gsfc.nasa.gov
 
Sumber: Tests of Big Bang: The Light Elements
 
#terimakasihgoogle dan #terimakasihnasaa