PROBACA.COM – Seperti apa alam semesta ketika usianya baru lima menit? Tentu tidak ada kamera yang merekam momen itu. Namun, para astronom punya “rekaman” lain: helium yang tersisa dari masa paling awal tersebut.
Dengan mengamati galaksi-galaksi jauh, tim peneliti berhasil mengukur jumlah helium purba dengan ketidakpastian hanya 0,5 persen. Hasil ini tiga kali lebih presisi dibandingkan perkiraan sebelumnya. Temuannya dipaparkan dalam lima makalah yang diterbitkan di The Astrophysical Journal, berdasarkan 130 jam pengamatan menggunakan Large Binocular Telescope.
Angka ini bukan sekadar detail kecil dalam tabel astronomi. Menurut Evan Skillman, profesor terkemuka di School of Physics and Astronomy, University of Minnesota College of Science and Engineering, jumlah helium tersebut adalah angka fundamental yang secara spesifik menceritakan kondisi alam semesta pada lima menit pertamanya.
“Ini adalah eksperimen fisika dalam skala raksasa dan salah satu temuan terbesar dalam 40 tahun karier saya,” ujar Skillman.
Dalam teori Big Bang, alam semesta bermula sekitar 13,8 miliar tahun lalu dari keadaan yang sangat panas dan padat, lalu terus mengembang. Tiga petunjuk utama mendukung gambaran ini: alam semesta yang masih mengembang, radiasi latar gelombang mikro kosmik, serta jumlah unsur ringan seperti helium dan deuterium yang terbentuk pada masa-masa awal.
Dua petunjuk pertama sudah lama menjadi perhatian besar ilmuwan. Helium primordial—helium yang terbentuk sebelum bintang-bintang generasi berikutnya mengubah komposisi kimia alam semesta—justru lebih sulit diukur dengan sangat teliti. Padahal, semakin akurat jumlahnya diketahui, semakin jelas pula gambaran kondisi alam semesta ketika baru berusia beberapa menit.
Biasanya, peneliti mengamati banyak galaksi, lalu memakai hasilnya untuk memperkirakan berapa banyak helium yang ada sebelum bintang-bintang mengolah materi tersebut. Tim ini mengambil jalan yang berbeda. Mereka memilih 15 galaksi kecil dan jauh yang sangat “murni”—galaksi yang mengalami evolusi kimia relatif sedikit.
Galaksi-galaksi itu ibarat kapsul waktu kosmik. Komposisinya belum banyak berubah, sehingga masih menyimpan petunjuk tentang bahan dasar alam semesta muda.
Untuk membaca petunjuk tersebut, tim memakai spektrograf MODS yang dikembangkan di Ohio State University. Spektrograf adalah instrumen yang memecah cahaya menjadi pola-pola warna, sehingga ilmuwan dapat mengenali unsur kimia dari garis spektrumnya.
Mereka memeriksa lebih dari 10 garis spektrum helium dan 15 garis spektrum hidrogen secara bersamaan. Cara ini membantu peneliti mengenali sekaligus mengoreksi sumber-sumber kesalahan kecil yang mungkin terlewat dalam penelitian sebelumnya.
Kesalahan sekecil apa pun menjadi penting ketika target ketidakpastian sudah di bawah 1 persen. Karena itu, berbagai efek kecil harus diperhitungkan agar tim bisa mencapai presisi 0,5 persen.
Richard Pogge, profesor terkemuka bidang astronomi di College of Arts and Sciences, Ohio State University, mengatakan bahwa spektrograf MODS membutuhkan waktu 12 tahun sejak gagasan awal hingga pertama kali digunakan mengamati langit.
“Inilah jenis proyek yang memang kami rancang untuk dilakukan,” kata Pogge. Menurutnya, sangat memuaskan melihat instrumen tersebut akhirnya mampu mengukur sesuatu yang begitu fundamental bagi pemahaman kita tentang alam semesta.
Pengukuran helium yang lebih presisi ini juga berfungsi sebagai ujian bagi Model Standar fisika—kerangka teori yang menjelaskan partikel-partikel dasar dan interaksinya. Jumlah helium yang terbentuk sesaat setelah Big Bang bergantung pada kondisi fisika saat itu, termasuk jenis partikel elementer yang ada.
Dari pengukuran helium tersebut, para peneliti dapat menghitung jumlah “keluarga” neutrino di alam semesta awal. Neutrino adalah partikel subatomik yang massanya sangat kecil dan perilakunya penting untuk memahami hukum-hukum dasar fisika.
Jadi, hasil penelitian ini bukan hanya memperkuat bukti tentang Big Bang. Ia juga menyediakan cara yang lebih tajam untuk menguji apakah teori fisika yang sudah mapan benar-benar mampu menggambarkan alam semesta pada menit-menit pertamanya.
“Kami menjanjikan ketidakpastian setengah persen dalam proposal, dan kami berhasil mencapainya,” ujar Skillman. “Dalam dunia sains yang penuh kejutan, hal itu tidak sering terjadi.”
Kolaborasi internasional ini melibatkan peneliti dari University of Minnesota Twin Cities, Ohio State University, Gonzaga University, Northwestern University, The University of Texas at Austin, Indiana University, University of California Santa Cruz, University of Illinois, Universidad Nacional Autónoma de México, dan TRIUMF.
Nah, dari jejak helium yang tampak sederhana, ilmuwan bisa mengintip kondisi alam semesta ketika masih bayi—sekaligus menguji apakah hukum fisika yang kita kenal benar-benar berlaku sejak awal waktu.
***
DISCLAIMER: Sebagian proses pengolahan artikel ini dibantu oleh teknologi AI. Pembaca disarankan memverifikasi kembali data dan informasi melalui sumber resmi atau sumber primer
Disadur dari ScienceDaily
