Sains & Teknologi

Pengukuran Konstanta Hubble Terbaru Menambah Misteri Ekspansi Alam Semesta

Para astronom telah membuat pengukuran baru tentang seberapa cepat alam semesta mengembang, menggunakan jenis bintang yang sama sekali berbeda dari upaya sebelumnya. Pengukuran yang direvisi, yang berasal dari Teleskop Luar Angkasa Hubble NASA, jatuh di tengah pertanyaan yang diperdebatkan dalam astrofisika yang dapat mengarah pada interpretasi baru dari sifat-sifat dasar alam semesta.

Para ilmuwan telah mengetahui hampir seabad bahwa alam semesta mengembang, yang berarti jarak antara galaksi-galaksi melintasi alam semesta menjadi semakin luas setiap detik. Tetapi seberapa cepat ruang meregang, sebuah nilai yang dikenal sebagai konstanta Hubble, tetap sulit dipahami.

Sekarang, seorang profesor Universitas Chicago, Wendy Freedman dan koleganya memiliki pengukuran baru untuk laju ekspansi di alam semesta modern, menunjukkan ruang antar galaksi membentang lebih cepat daripada yang diperkirakan para ilmuwan. Freedman adalah salah satu dari beberapa studi baru-baru ini yang menunjukkan ketidaksesuaian yang mengganggu antara pengukuran ekspansi modern dan prediksi berdasarkan alam semesta seperti yang terjadi lebih dari 13 miliar tahun yang lalu, sebagaimana diukur oleh satelit Planck dari Badan Antariksa Eropa.

Ketika lebih banyak penelitian menunjukkan perbedaan antara prediksi dan pengamatan, para ilmuwan sedang mempertimbangkan apakah mereka perlu membuat model baru untuk fisika yang mendasari alam semesta untuk menjelaskannya.

Konstanta Hubble adalah parameter kosmologis yang menentukan skala absolut, ukuran dan usia alam semesta; ini adalah salah satu cara paling langsung yang kita miliki untuk menghitung bagaimana alam semesta berevolusi,” kata Freedman. “Perbedaan yang kita lihat sebelumnya belum hilang, tetapi bukti baru ini menunjukkan bahwa juri masih mengetahui apakah ada alasan langsung dan meyakinkan untuk percaya bahwa ada sesuatu yang secara fundamental cacat dalam model alam semesta kita saat ini.”

Dalam sebuah makalah baru yang diterima untuk diterbitkan di The Astrophysical Journal, Freedman dan timnya mengumumkan pengukuran baru konstanta Hubble menggunakan sejenis bintang yang dikenal sebagai raksasa merah. Pengamatan baru mereka, yang dilakukan menggunakan Hubble, menunjukkan bahwa laju ekspansi untuk alam semesta terdekat hanya di bawah 70 kilometer per detik per megaparsec (km / dt / Mpc). Satu parsec setara dengan jarak 3,26 tahun cahaya.

Pengukuran ini sedikit lebih kecil dari nilai 74 km / detik / Mpc yang baru-baru ini dilaporkan oleh tim Hubble SH0ES menggunakan variabel Cepheid, yang merupakan bintang yang berdenyut secara berkala yang sesuai dengan kecerahan puncaknya. Tim ini, yang dipimpin oleh Adam Riess dari Johns Hopkins University dan Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, baru-baru ini melaporkan menyempurnakan pengamatan mereka dengan presisi tertinggi hingga saat ini untuk teknik pengukuran jarak Cepheid mereka.

Cara Mengukur Ekspansi

Tantangan utama dalam mengukur tingkat ekspansi alam semesta adalah sangat sulit untuk secara akurat menghitung jarak ke objek yang jauh.

Pada tahun 2001, Freedman memimpin sebuah tim yang menggunakan bintang-bintang jauh untuk membuat pengukuran landmark konstanta Hubble. Tim Proyek Utama Hubble Space Telescope mengukur nilai menggunakan variabel Cepheid sebagai penanda jarak. Program mereka menyimpulkan bahwa nilai konstanta Hubble untuk alam semesta kita adalah 72 km / detik / Mpc.

Tetapi baru-baru ini, para ilmuwan mengambil pendekatan yang sangat berbeda: membangun model berdasarkan pada struktur riak cahaya yang tersisa dari big bang, yang disebut Cosmic Microwave Background. Pengukuran Planck memungkinkan para ilmuwan untuk memprediksi bagaimana alam semesta awal kemungkinan telah berevolusi menjadi ukuran ekspansi yang dapat diukur para astronom saat ini. Perhitungan para ilmuwan adalah 67,4 km / detik / Mpc, yang secara signifikan tidak sepakat dengan laju 74,0 km / detik / Mpc yang diukur dengan bintang Cepheid.

Para astronom telah mencari apa pun yang mungkin menyebabkan ketidakcocokan. “Secara alami, muncul pertanyaan apakah perbedaan itu datang dari beberapa aspek yang belum dipahami para astronom tentang bintang-bintang yang kita ukur, atau apakah model kosmologis kita tentang alam semesta masih belum lengkap,” kata Freedman. “Atau mungkin keduanya perlu diperbaiki.”

Tim Freedman berusaha memeriksa hasil mereka dengan membuat jalur baru dan sepenuhnya independen ke konstanta Hubble menggunakan jenis bintang yang sama sekali berbeda.

Bintang-bintang tertentu mengakhiri hidup mereka sebagai jenis bintang yang sangat bercahaya yang disebut raksasa merah, tahap evolusi yang akan dialami matahari kita miliaran tahun dari sekarang. Pada titik tertentu, bintang mengalami peristiwa bencana yang disebut helium flash, di mana suhu naik sekitar 100 juta derajat dan struktur bintang diatur ulang, yang akhirnya secara dramatis mengurangi luminositasnya. Para astronom dapat mengukur kecerahan yang tampak jelas dari bintang raksasa merah pada tahap ini di galaksi yang berbeda, dan mereka dapat menggunakan ini sebagai cara untuk mengetahui jarak mereka.

Konstanta Hubble dihitung dengan membandingkan nilai jarak dengan kecepatan resesi yang tampak dari galaksi target — yaitu, seberapa cepat galaksi tampaknya bergerak menjauh. Perhitungan tim memberikan konstanta Hubble sebesar 69,8 km / detik / Mpc — mendekati nilai yang diturunkan oleh tim Planck dan Riess.

“Pikiran awal kami adalah bahwa jika ada masalah yang harus diselesaikan antara Cepheids dan Cosmic Microwave Background, maka metode raksasa merah dapat menjadi tie-breaker,” kata Freedman.

Tetapi hasilnya tampaknya tidak terlalu mendukung satu jawaban dari yang lain mengatakan para peneliti, meskipun mereka menyelaraskan lebih dekat dengan hasil Planck.

Misi mendatang NASA, Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), yang dijadwalkan diluncurkan pada pertengahan 2020-an, akan memungkinkan para astronom untuk lebih mengeksplorasi nilai konstanta Hubble di waktu kosmik. WFIRST, dengan resolusi seperti Hubble dan 100 kali lebih besar melihat langit, akan memberikan banyak perhatian pada supernova Tipe Ia, variabel Cepheid, dan bintang raksasa merah untuk secara fundamental meningkatkan pengukuran jarak ke galaksi di dekat dan jauh.

Hubble Space Telescope adalah proyek kerja sama internasional antara NASA dan ESA (Badan Antariksa Eropa). Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland, mengelola teleskop.  Institut Sains Teleskop Luar Angkasa (STScI) di Baltimore, Maryland, melakukan operasi sains Hubble. STScI dioperasikan untuk NASA oleh Asosiasi Universitas untuk Penelitian Astronomi di Washington, DC