Salah satu fakta yang paling menarik tentang alam semesta adalah ruang angkasa yang mengembang . Alam semesta sudah menjadi tempat yang sangat besar, dan seiring waktu, ia semakin besar. Perluasan ruang angkasa pertama kali ditemukan oleh astronom Edwin Hubble pada tahun 1920-an.
Hubble pertama kali menemukan bahwa, bertentangan dengan apa yang diyakini pada saat itu, alam semesta mengandung banyak sekali galaksi , bukan hanya Bima Sakti . Saat mengamati galaksi yang jauh, Hubble memperhatikan bahwa sebagian besar dari mereka tampak merah.
Meskipun warna galaksi-galaksi yang jauh mungkin tampak tidak terlalu signifikan, fakta bahwa hampir setiap galaksi tampak merah menunjukkan bahwa mereka semua bergerak menjauhi kita dengan kecepatan yang luar biasa . Pengamatan ini disebabkan oleh Efek Doppler , yang menjelaskan bagaimana panjang gelombang cahaya dan suara akan berubah tergantung pada gerakan benda.
Ketika sebuah objek memancarkan cahaya bergerak ke arah kita, cahayanya akan dikompresi dan digeser menjadi biru. Jika benda yang sama itu menjauh dari kita, cahayanya akan meregang dan bergeser merah. Meskipun ini berlaku untuk kecepatan berapa pun, ini hanya terlihat pada kecepatan ekstrim.
Jadi, fakta bahwa sebagian besar galaksi mengalami pergeseran merah menunjukkan bahwa mereka bergerak menjauhi kita dengan kecepatan luar biasa. Mengetahui hal ini, seberapa cepat alam semesta mengembang?
Menghitung Tingkat Ekspansi
Estimasi saat ini tentang tingkat ekspansi alam semesta menunjukkan bahwa ruang angkasa mengembang dengan kecepatan 73 kilometer per detik per megaparsec. Tentu saja, nilai ini tidak berarti banyak kecuali kita memahami dari mana asalnya dan apa itu megaparsec.
Pertama, megaparsec hanyalah ukuran jarak yang digunakan dalam astronomi. Meskipun kita biasanya memikirkan tahun cahaya saat berbicara tentang jarak di luar angkasa, alam semesta itu sendiri sangat besar sehingga tahun cahaya tidak selalu berguna. Sebaliknya, para astronom menggunakan penggunaan parsec, dengan satu parsec sama dengan 3,26 tahun cahaya. Satu megaparsec sama dengan satu juta parsec atau 3,26 juta tahun cahaya. Dengan mengatakan bahwa alam semesta mengembang dengan kecepatan 73 kilometer per detik per megaparsec, kita mengatakan bahwa, untuk setiap jarak satu megaparsec, alam semesta mengembang sejauh 73 kilometer. Sementara kita sekarang mengerti apa arti nilai ini, dari mana asalnya?
Metode utama yang digunakan dalam menghitung laju ekspansi alam semesta adalah menghitung seberapa jauh jarak galaksi-galaksi. Meskipun ini mungkin tampak cukup sederhana, menghitung jarak di ruang angkasa adalah tugas yang agak sulit. Untuk melakukannya, para astronom harus mengetahui kecerahan objek karena ada hubungan langsung antara kecerahan dan jarak.
Namun, di sinilah segalanya menjadi sulit. Misalnya, Anda memiliki dua bola lampu yang keduanya memiliki keluaran cahaya yang sama. Anda menempatkan satu jarak 2 mil dan jarak 4 mil lainnya. Seperti yang Anda duga, bola lampu yang lebih jauh akan tampak lebih redup daripada bola lampu yang lebih dekat.
Namun, meskipun yang satu tampak lebih redup daripada yang lain, keduanya memancarkan kecerahan yang sama persis. Kecerahan bola lampu tampak disebut magnitudo semu, sedangkan kecerahan aktualnya disebut magnitudo absolut. Mengetahui magnitudo semu agak sederhana karena itu adalah kecerahan objek yang tampak.
Besaran mutlak, bagaimanapun, bisa sangat sulit untuk dihitung. Tidak setiap benda di ruang angkasa memiliki besaran mutlak yang dapat dihitung, dan untuk menentukan seberapa jauh objek tersebut, para astronom mencari objek yang disebut sebagai lilin standar.
Lilin standar adalah objek yang magnitudo tampak berubah dalam waktu singkat atau yang magnitudo absolutnya dapat dengan mudah dihitung. Misalnya, ketika Edwin Hubble menghitung jarak ke galaksi lain, dia mencari apa yang dikenal sebagai bintang variabel.
Bintang variabel adalah jenis bintang yang kecerahannya berfluktuasi dalam waktu singkat, dan dengan mengetahui perbedaan antara variasi kecerahan, para astronom dapat menghitung magnitudo absolut. Sementara bintang variabel bekerja dengan baik untuk beberapa galaksi, mereka tidak terlalu dapat diandalkan untuk galaksi yang paling jauh.
Sementara bintang variabel bekerja dengan baik untuk beberapa galaksi, mereka tidak terlalu dapat diandalkan untuk galaksi yang paling jauh. Dalam beberapa tahun terakhir, para astronom telah menggunakan jenis lain dari lilin standar yang disebut astronom mencari objek yang disebut sebagai lilin standar.
Sementara bintang variabel bekerja dengan baik untuk beberapa galaksi, mereka tidak terlalu dapat diandalkan untuk galaksi yang paling jauh. Dalam beberapa tahun terakhir, para astronom telah menggunakan jenis lain dari lilin standar yang disebut Tipe 1A Supernova .
Supernova Tipe 1A adalah jenis supernova yang terjadi ketika bintang kerdil putih melebihi batas massa atasnya, menyebabkannya mengalami reaksi termonuklir dan meledak. Menariknya, karena setiap katai putih memiliki batas massa atas yang sama, setiap Supernova Tipe 1A akan melepaskan jumlah energi yang sama.
Hal ini memungkinkan para astronom untuk dengan mudah menghitung magnitudo absolutnya dan juga jarak antara kita dan supernova. Pada akhir 1990-an, para astronom menggunakan Supernova Tipe 1A untuk menemukan bahwa perluasan ruang mengalami percepatan, serta laju perluasan secara keseluruhan.
Metode Lain
Sementara penggunaan Supernova Tipe 1A dalam menghitung laju pemuaian alam semesta berhasil, itu bukan satu-satunya metode yang digunakan. Baru-baru ini, para astronom menggunakan metode yang berbeda dan lebih akurat yang menggunakan kecerahan keseluruhan galaksi elips raksasa .
Galaksi elips umumnya terdiri hampir seluruhnya dari bintang merah yang lebih dingin seperti raksasa merah dan katai merah . Dengan mengetahui kecerlangan jenis bintang tersebut, astronom dapat menyimpulkan magnitudo absolut dari galaksi elips. Dengan mengetahui kecerahan, jarak kemudian dapat dihitung, memungkinkan para astronom untuk menghitung laju perluasan ruang.
Dengan menggunakan metode ini, para astronom telah menemukan lebih banyak bukti bahwa alam semesta mengembang dengan kecepatan 73 kilometer per detik per megaparsec.
Mengapa Alam Semesta Berkembang?
Sejak Big Bang , alam semesta tidak berhenti mengembang. Selama 13,8 miliar tahun, ruang angkasa tidak pernah berhenti bertambah besar. Semula, para astronom berasumsi bahwa ekspansi ini adalah sisa energi dari Big Bang awal, dan jika memang demikian, maka laju ekspansi alam semesta secara bertahap akan semakin lambat hingga akhirnya berhenti.
Namun, seperti yang telah disebutkan, para astronom menemukan pada akhir 1990-an bahwa laju perluasan alam semesta semakin cepat. Agar hal ini terjadi, ruang itu sendiri harus dijenuhi oleh suatu bentuk energi yang menyebabkannya mengembang dan berakselerasi.
Para astronom menyebut energi ini energi gelap , dan tetap menjadi salah satu misteri terbesar fisika dan astronomi modern. Energi gelap terdiri dari mengejutkan 68% dari semua “materi” di alam semesta, namun selain itu dan fakta bahwa ia menyebabkan ruang mengembang, tidak ada lagi yang diketahui tentangnya. Sampai sekarang, energi gelap sebagian besar merupakan misteri.
