Hadiah Nobel Fisika 2011: Observasi aselerasi ekspansi Alam Semesta

Pekan ini memang pekan hadiah Nobel. Setelah bidang kesehatan, hari Selasa, 5 Oktober 2011, Kerajaan Swedia mengumumkan pemenang hadiah Nobel Fisika. The Royal Swedish Academy of Sciences, institut yang ditunjuk oleh Alfred Nobel sebagai juri dalam wasiatnya, memberikan setengah medali Nobel fisika untuk

• Saul Perlmutter (The Supernova Cosmology Project, Lawrence Barkeley National Laboratory dan University of California, Barkeley, California, Amerika Serikat)

dan setengah lainnya dibagi untuk

• Brian Schmidt (The High-z Supernova Search Team, Australian National University, Weston Creek, Australia) dan
• Adam Riess (The High-z Supernova Search Team, Johns Hopkins University dan Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, Amerika Serikat),

untuk karya mereka membuktikan aselerasi ekspansi Alam Semesta dengan pengamatan supernova.

Ekspansi Alam Semesta berarti Alam Semesta kita ini mengalami pengembangan dalam dimensi jarak – dapat dibayangkan balon yang ukuran volumenya bertambah. Aselerasi ekspansi berarti kecepatan pengembangannya bertambah cepat dari waktu ke waktu (percepatan).  (Baca: Horizon si kaki langit).

Latar belakang

Bagi orang kosmologi, atau yang berkecimpung dalam relativitas umum, ini adalah cerita lama. Albert Einstein (saat itu masih di Swiss/Jerman) sudah memprediksi ini pada tahun 1917, bahwa Alam Semesta kita ini dinamis. Artinya, kondisi fisisnya¹ mengalami perubahan dari waktu ke waktu, boleh bertambah besar atau berkurang. Einstein yang tidak ingin Alam Semesta dinamis, tiga tahun kemudian memperbaiki teorinya dengan memperkenalkan faktor ? (kapital Lambda) yang kemudian hari disebut konstanta kosmologi. Konstanta ini, lewat sebuah konsistensi matematis, memberikan sebuah konsekuensi: ekspansi alam semesta itu mengalami percepatan.

Maunya statis, eh malah makin menjadi-jadi dinamisnya. Faktor ? ini juga dikenal sebagai blunder Einstein. Cerita ini menjadi salah satu legenda di kalangan fisikawan. (Jadi kalau Anda mengaku fisikawan tapi belum tahu cerita ini, berarti masih perlu diospek lagi, hehe)

Terpisah dari prediksi Einstein, bahkan tidak tahu sama sekali, Edwin Hubble, astronom Amerika, menyaksikan bahwa galaksi-galaksi di sekitar Bimasakti bergerak menjauh, sehingga cahaya yang mereka pancarkan mengalami pergeseran panjang gelombang ke arah merah – sehingga disebutredshift². Dari pengamatannya, Hubble mendapatkan kecepatan menjauh galaksi-galaksi tersebut konstan sebesar 500 km/s/Mpc (satuan apa ini³). Artinya, setiap 1 Mpc, sebuah galaksi bergerak menjauhi Bumi dengan kecepatan 500 km/s. Angka ini kemudian disebut konstanta Hubble dan mengalami perbaikan seiring perkembangan teknologi. Angka terbaru diberikan oleh Hubble Space Telescope sebesar 73,8 km/s/Mpc.

Bukti berikutnya tertulis di ledakan bintang…

Jika galaksi-galaksi saling menjauh, artinya pada satu masa mereka dulu berasal dari titi yang sama dong? Jika mau dilanjutkan, cerita ini lanjut kepada teori dentuman besar (baca: Melacak sejarah dan komposisi Alam Semesta). Tapi tidak, saya ingin melanjutkan cerita tentang hadiah Nobel Fisika 2011. Yang ingin saya katakan di latar belakang ini pertama adalah aselerasi ekspansi Alam Semesta sudah diprediksi jauh-jauh masa dan kedua adalah bagian ekspansi sudah diamati juga jauh-jauh masa. Bukti pertama sudah, bagaimana bukti kedua?

Bukti kedua inilah yang diamati oleh dua tim terpisah, satu dipimpin Perlmutter dan yang lain oleh Schmidt (yang mana Riess berperang sangat penting). Perlmutter memulai proyek Supernova Cosmology di awal tahun 1988 dan Schmidt menyusul di akhir tahun 1994. Riess melaporkan hasil pekerjaan tim Schmidt di Astron. J. 116, 1998, p1009-38, disusul oleh Perlmutter di Astrophys. J. 517, 1999, 595-86. Perlmutter dan Schmidt kemudian mempublikasikan karya mereka bersama pada tahun 2004 dan masih disimpan di gudang arxiv.

Bagaimana caranya mereka mengamati bahwa ekspansi Alam Semesta ini mengalami percepatan?

Mereka menggunakan metode konvensional yang sudah dikenal para astronom: mendetektsi sumber cahaya dari bintang yang jauh dan mengukur pergerakannya. Untuk kebutuhan ini, dipakailah supernova Tipe IA sebagai acuan. (Baca: Sedikit tentang supernova).

Kedua tim berpacu memetakan supernova terjauh di langit yang bisa dideteksi.Teleskop canggih dilengkapi sistem komputer  diletakkan baik di Bumi maupun di angkasa. Yang paling krusial adalah penggunakan teknologi sensor pencitraan digital terbaru saat itu, CCD (Nobel Fisika 2009). Mereka mendapatkan lebih dari 50 sumber supernova yang cahayanya sudah lebih redup daripada yang diharapkan⁴. Berdasarkan pemahaman yang sudah kita miliki, satu-satunya penjelasan mengapa cahaya supernova redup lebih cepat daripada seharusnya adalah sumber supernova tersebut tidak hanya bergerak menjauhi Bumi, tapi juga kecepatan menjauhnya mengalami percepatan.

Temuan ini, meskipun sudah diprediksi, tetap membuat kalangan saintis, terutama kosmologi, terkagum-kagum. Memang sepertinya fitrah manusia, jika apa yang mereka prediksi ternyata teramati, maka rasanya gimana-gitu-dech. Yang lebih menarik lagi, jika kita percaya dengan para nobelis ini, kiamat tidaklah sepanas yang dikatakan sebagian orang… melainkan dingin sedingin es. Karena, Alam Semesta terus mengembang sehingga temperatur Alam Semesta terus turun⁵ sampai mencapai 0 kelvin…

Masih menyisakan misteri…

Alam Semesta mengembang secara aseleratif karena momentum dari dentuman besar, rasanya masuk akal. Setelah sejumlah besar energi berubah menjadi benda bermassa, maka lahirlah gaya gravitasi yang menarik benda-benda bermassa lainnya. Aselerasi pengembangan harusnya menjadi berkurang karena dilawan oleh gaya gravitasi. Seiring dengan waktu semakin banyak massa terbentuk, gaya gravitasi makin besar dan seharusnya pada satu titik aselerasi berubah menjadi deselerasi (perlambatan) – artinya Alam Semesta menyusut, menyusut, dan kembali menjadi satu titik seperti sedia kala.

Tapi, ini malah makin cepat… Siapa yang mendorong – ataukah ada sesuatu yang menarik dari luar Alam Semesta – sehingga gaya gravitasi yang begitu perkasa takluk?

Saat ini sudah ada satu tersangka, Dark Energy.

Sebaiknya saya sudahi, bukan karena khawatir terlalu panjang, tapi saya tidak sanggup menahan rindu pada bidang ini…

(Sumber utama: Nobel Fisika 2011: informasi untuk publik )

Catatan kaki

¹ Contoh: sebuah balon memiliki kondisi fisis seperti volume (dimensi jarak), massa, dan tekanan.

² Redshift ini sama dengan hukum Dopler: frekuensi suara dari sirene yang bergerak menjauhterdengar mengecil.

³ km/s adalah satuan kecepatan. Mpc singkatan dari Megaparsec, atau 10³ parsec (pc). Satu parsec didefinisikan sebagai jarak dari Matahari ke sebuah benda langit yang memiliki sudut paralaks 1 detikbusur. Jika di-meter-kan, 1 pc sekitar 3 x 10¹⁶ m. (Lihat gambar, 1 AU adalah jarak dari Bumi ke Matahari.)

⁴ Teori yang menghubungkan antara tingkat keterangan bintang dan jarak sudah mapan jauh sebelum abad ke-20. Acuan tingkat keterangan, atau standard light, sudah dipakai para astronom untuk menghitung benda-benda angkasa dan memetakan langit.

⁵ Ppada awal dentuman besar, temperatur Alam Semesta sekitar 1011 kelvin. Setelah 10¹¹ tahun kemudian, yaitu waktu sekarang, temperatur Alam Semesta sekitar 2.725 kelvin, baca: Melacak sejarah dan komposisi Alam Semesta)

Sumber :

 http://diary.febdian.net