In Search Of Dark Matter (Pencarian Dark Matter) - Ken Freeman & Geoff Mcnamara [#49]

Bab 14 : Menuju Omega - Co-author: Charles H. Lineweaver

Densitas kritis lebih disukai

Di Bab 8, kami memperkenalkan wangsit densitas kritis Alam Semesta – jumlah massa yang dibutuhkan untuk menghentikan ekspansi Alam Semesta di suatu masa tak terhingga di masa depan asalkan Alam Semesta didominasi oleh bahan saja. Kita telah melihat bahwa bahan baryon menyusun sebagian kecil massa gravitasi total Alam Semesta, dan bahkan dengan aksesori dark matter non-baryon, Alam Semesta masih tidak mencukupi densitas kritis. Untuk waktu lama, banyak orang percaya itu akan mencukupi – dan bukan selalu alasannya yaitu alasan ilmiah. Densitas kritis yaitu satu pola kesimetrian mempesona yang dibutuhkan dari alam oleh para ilmuwan dengan bermacam-macam keyakinan: andaikata bunga-bunga dan kepingan salju, molekul DNA dan galaksi-galaksi spiral terbentuk dengan cara simetris yang demikian elegan, mengapa tidak pada Alam Semesta secara keseluruhan? Rasanya alami untuk menduga bahwa Alam Semesta memiliki densitas kritis. Lebih lanjut, versi terkenal Big Bang – Inflasi – memprediksikan Alam Semesta berdensitas kritis alasannya yaitu alasan sederhana bahwa jikalau Alam Semesta awal memiliki apapun selain densitas kritis pada masa Inflasi – baik lebih tinggi ataupun lebih rendah – maka selisihnya akan sangat besar sekarang. Karena Ωm dan Ωgrav berjumlah 0,27, dan ini begitu akrab dengan 1 (dibanding alternatif lain), banyak orang percaya bahwa Alam Semesta memang memiliki densitas kritis. Tentu saja ini hanya persoalan kerja keras untuk menemukan sisa Alam Semesta; tapi sebagaimana telah kita lihat, astronom sudah usang mencari dan belum menemukan apapun. Akankah suatu hari nanti Alam Semesta menghentikan perluasannya gara-gara gravitasinya sendiri? Pertanyaan ini telah terjawab. Ia sama sekali belum mengandung cukup bahan untuk melaksanakan sesuatu semacam itu. Materi mungkin penting bagi kita, tapi mengecewakan bagi mereka yang menduganya sebagai kekuatan mayoritas di Alam Semesta. Alam Semesta akan terus mengembang selama-lamanya.

Alam semesta yang berakselerasi: dark energy

Tak usang sehabis semua orang mendapatkan bahwa Alam Semesta akan terus mengembang, bukti-bukti bermunculan bahwa laju ekspansi tersebut meningkat. Kabar ini tiba dalam bentuk observasi supernova – ledakan yang menandai ajal bintang-bintang masif (sebagaimana dibahas di Bab 3). Supernova sudah usang dipakai sebagai lilin standar. Sejumlah lilin standar ini sanggup dilihat pada aneka macam jarak di sepanjang Alam Semesta – bintang-bintang yang kecerlangannya berubah-ubah menurut pola yang sanggup diprediksi, galaksi dengan tipe dan ukuran yang diketahui, dan seterusnya – tapi masing-masing terlalu redup untuk dilihat atau diidentifikasi di lautan angkasa. Ketika meledak, supernova bersinar seterang ratusan miliar bintang – seterang sebuah galaksi. Namun pertunjukan besar tersebut tidak berlangsung lama. Dalam beberapa hari mereka mulai memudar, dan sehabis beberapa minggu, semuanya (kecuali yang terdekat) akan lenyap dari pandangan, tapi dikala bersinar, mereka yaitu menara api yang antara lain mengindikasikan seberapa jauh mereka. Supernova terbagi ke dalam ciri berbeda-beda – masing-masing dari mereka dibedakan oleh bagaimana mereka menerang dan memudar, dan masing-masing memiliki kecerlangan maksimum aslinya. Dengan memonitor sikap sebuah supernova di galaksi jauh, astronom sanggup memilih tipenya dan seberapa jelas jikalau berada tak jauh dari kita; dan dengan membandingkan kecerlangan tampak dan orisinil dari supernova tersebut, sanggup memilih jaraknya dan dengan demikian juga jarak galaksi induknya. Informasi ini sanggup dikombinasikan dengan ingsutan merah. Sebagaimana dibahas di Bab 7, jumlah ingsutan merah dalam spektrum sebuah objek di jarak kosmologis mengindikasikan seberapa cepat objek tersebut – dan area angkasanya – mundur.

Dengan membandingkan kecepatan resesi objek-objek di aneka macam jarak, kita sanggup memilih seberapa cepat Alam Semesta sedang mengembang dan apakah ekspansi tersebut berubah seiring waktu. Sekalipun mungkin tidak ada cukup gravitasi untuk menghentikan ekspansi Alam Semesta untuk selamanya, fakta eksisnya bahan mengandung arti bahwa gravitasi semestinya sedang bertarung dengan ekspansi tersebut. Mungkin mengembang selamanya, tapi semestinya Alam Semesta sedang sedikit melambat.

Pada 1997, hasil-hasil observasi yang dijalankan di Cerro Tololo Inter-American Observatory pada bulan Maret tahun tersebut mulai merembes ke komunitas astronomi. Sebuah tim astronom yang dipimpin Saul Perlmutter, dari Lawrence Berkeley Laboratory di California, telah mempelajari spektrum supernova-supernova, yang paling jauh yaitu sekitar 5 miliar tahun cahaya dari Bumi, separuh jalan ke masa Big Bang. Pengumuman mereka tak usang kemudian diikuti oleh hasil penelitian Brian Schmidt dan koleganya di Mount Stromlo dan Siding Spring Observatories, yang juga tiba pada kesimpulan yang sama dengan mempelajari supernova-supernova. Bukannya melambat, laju ekspansi Alam Semesta justru tengah meningkat, mengindikasikan bahwa ekspansi tersebut didorong oleh suatu bentuk ‘dark energy’ tak dikenal.

Dark energy ini telah diberi nama: ΩΛ – ‘konstanta kosmologis’. Einstein sendiri pada awalnya memasukkan sebuah konstanta kosmologis menyerupai itu dalam versi original Relativitas Umumnya. Walaupun teorinya memprediksikan Alam Semesta mengembang ataupun menyusut, pada waktu itu (tahun 1922) seluruh ‘alam semesta’ terdiri dari Bima Sakti, dan tidak ada bukti bahwa Bima Sakti sedang mengembang atau menyusut. Karena itu, beliau menambahkan istilah tersebut untuk memaksa teorinya memprediksikan Alam Semesta statis. Sebagaimana diketahui, dikala jadinya Einstein tahu wacana inovasi ekspansi Alam Semesta oleh Hubble, beliau menarik kembali konstanta kosmologis itu, menyebutnya sebagai blunder terbesar dalam hidupnya. Kini konstanta kosmologis telah kembali – dan kembali berlaku, dengan bukti observasional unggul yang mendukungnya.