Tanya Ethan: Seperti Apa Ujung Alam Semesta?

Simulasi struktur alam semesta dalam skala besar menunjukkan pola pengelompokkan rumit yang tidak pernah berulang. Tapi dari sudut pandang kita, kita hanya bisa melihat volume alam semesta yang terbatas. Ada apa di luar batas alam semesta teramati ini?

13,8 miliar tahun yang lalu, alam semesta yang kita kenal dimulai dengan Big Bang. Sejak itu, ruang terus meluas, materi telah memiliki gaya gravitasi, dan hasilnya adalah alam semesta seperti yang kita lihat sekarang. Namun, ada batas untuk apa yang bisa kita lihat. Di luar jarak tertentu, galaksi-galaksi menghilang, bintang-bintang berkelap-kelip, dan tidak ada sinyal dari alam semesta terjauh yang terdeteksi. Ada apa di balik itu? Inilah pertanyaan yang diajukan oleh Dan Newman: Jika alam semesta terbatas dalam hal volume, lalu adakah batasnya. Apakah bisa didekati? Dan bisakah kita memandang ke arah tersebut? Mari kita mulai dari lokasi kita berada saat ini, dan memandang jauh semampu kita!

Di dekat kita, bintang dan galaksi yang kita amati terlihat sangat mirip dengan galaksi kita sendiri. Tapi saat kita melihat lebih jauh, maka kita melihat alam semesta seperti di masa lalu: kurang terstruktur, lebih panas, lebih muda, dan kurang berkembang.

Di halaman belakang rumah kita, alam semesta melimpah dengan bintang. Tapi, cobalah berada pada jarak sekitar 100.000 tahun cahaya, maka Anda akan meninggalkan Bima Sakti. Di luar itu, ada lautan galaksi, dengan jumlah sekitar dua triliun yang terkandung dalam alam semesta teramati. Jenis mereka sangat beragam, baik bentuk, ukuran maupun massa. Lalu, saat berada lebih jauh lagi, maka Anda mulai menemukan sesuatu yang tidak biasa, semakin jauh sebuah galaksi, semakin besar kemungkinannya galaksi menjadi lebih kecil, lebih rendah dalam massa, dan bintang-bintangnya secara intrinsik lebih biru daripada galaksi-galaksi di dekat kita.

Bagaimana mungkin galaksi tampak berbeda pada sejarah kosmos, lebih kecil, lebih biru, lebih muda, dan kurang berevolusi pada masa-masa awal.

Hal ini masuk akal dalam konteks alam semesta yang memiliki awal: yaitu hari ketika alam semesta dilahirkan. Itulah Big Bang yang melahirkan alam semesta. Untuk galaksi yang relatif dekat dari kita, rata-rata usianya hampir sama. Tapi ketika kita melihat sebuah galaksi yang terletak miliaran tahun cahaya, cahaya yang kita lihat menempuh jarak selama miliaran tahun untuk mencapai mata kita. Sebuah galaksi yang cahayanya membutuhkan waktu 13 miliar tahun untuk mencapai kita, tentunya berumur kurang dari satu miliar tahun, dan semakin jauh kita melihat, pada dasarnya kita melihat ke masa lalu.

Komposit UV-visible-IR yang diambil oleh Hubble eXtreme Deep Field, gambar terbaik yang pernah dirilis dari alam semesta terjauh.

Gambar di atas diambil oleh Hubble eXtreme Deep Field (XDF), citra terjauh alam semesta yang pernah ada. Ribuan galaksi menghiasi gambar ini. Jarak mereka begitu jauh dan karakteristiknya bervariasi. Mereka tidak terlihat dalam warna yang sederhana, sebab spektrum setiap galaksi berbeda-beda, mengingat awan gas menyerap cahaya pada panjang gelombang tertentu, berdasarkan prinsip fisika atom sederhana. Seiring ekspansi alam semesta, panjang gelombang itu membentang, sehingga galaksi yang lebih jauh tampak lebih merah daripada yang seharusnya. Fisik galaksi tersebut memungkinkan kita untuk menyimpulkan jarak, dan ketika kita menentukan jarak mereka, maka galaksi terjauh adalah yang termuda dan terkecil dari semuanya.

Sebelum galaksi, kita berharap untuk menemukan bintang-bintang generasi pertama, namun hanya ada gas netral, karena alam semesta tidak memiliki cukup waktu untuk menarik materi ke kondisi kepadatan tertentu untuk membentuk bintang. Mundur jutaan tahun lagi, radiasi di alam semesta begitu panas sehingga atom netral tidak dapat terbentuk, yang berarti foton terus menerus memantul dari partikel bermuatan. Ketika atom netral terbentuk, cahaya merambat dalam garis lurus selamanya, tidak terpengaruh oleh apa pun selain ekspansi alam semesta itu sendiri. Penemuan cahaya sisa dari Big Bang yang disebut Latar Belakang Gelombang Mikro sekitar 50 tahun yang lalu, merupakan bukti utama Big Bang.

Diagram skematik sejarah Alam Semesta yang menyorot era reionisasi. Sebelum bintang atau galaksi terbentuk, alam semesta penuh dengan atom netral yang menghalangi cahaya. Sementara sebagian besar alam semesta tidak terionisasi sampai 550 juta tahun kemudian, beberapa wilayah yang beruntung, sebagian mengalami reionisasi pada masa-masa sebelumnya.

Jadi dari lokasi kita berada saat ini, kita bisa melihat ke arah manapun yang kita sukai dan melihat kisah kosmik serupa. Hari ini, atau 13,8 miliar tahun setelah Big Bang, alam semesta memiliki bintang dan galaksi modern seperti yang kita kenal. Sebelumnya, galaksi lebih kecil, lebih biru, lebih muda dan kurang berevolusi. Sebelum itu, ada bintang generasi pertama, dan sebelum itu, hanyalah atom netral. Sebelum atom netral, ada plasma terionisasi, bahkan sebelumnya ada proton dan neutron bebas, penciptaan materi dan antimateri spontan, quark dan gluon bebas, semua partikel yang tidak stabil dalam Model Standar, dan akhirnya momen Big Bang itu sendiri. Melihat pada jarak yang lebih jauh dan lebih jauh lagi sama dengan melihat ke masa lalu.

Konsep skala logaritma alam semesta teramati. Galaksi-galaksi memberi jalan pada struktur berskala besar dan plasma Big Bang yang panas dan padat di tepi alam semesta. 'Tepi' ini adalah batas dalam waktu.

Meskipun hal ini mendefinisikan alam semesta teramati, secara teoritis Big Bang terletak 46,1 miliar tahun cahaya dari posisi kita saat ini, walaupun bukan batas nyata di ruang angkasa. Sebaliknya, hanya merupakan batas waktu. Ada batasan untuk apa yang bisa kita lihat karena kecepatan cahaya hanya memuat informasi setelah menempuh perjalanan sejauh 13,8 miliar tahun sejak Big Bang. Berarti jarak terjauh seharusnya lebih dari 13,8 miliar tahun cahaya karena alam semesta telah meluas, namun masih terbatas. Tapi bagaimana dengan sebelum Big Bang? Apa yang akan terlihat jika Anda entah bagaimana pergi ke waktu hanya sepersekian detik lebih awal daripada saat alam semesta berada dalam kondisi energi tertinggi, panas dan padat, dan penuh materi, antimateri dan radiasi?

Inflasi kosmik yang menyebabkan Big Bang, yang kemudian membentuk alam semesta teramati yang dapat kita akses. Fluktuasi inflasi kosmik merupakan benih yang selanjutnya tumbuh menjadi struktur alam semesta yang kita miliki hari ini.
Bock et al. (2006, astro-ph/0604101); modifications by E. Siegel.

Anda akan menemukan sebuah kondisi yang disebut inflasi kosmik: alam semesta meluas dengan sangat cepat dan didominasi energi yang melekat pada ruang itu sendiri. Ruang diperluas secara eksponensial selama masa ini, yaitu saat ia membentang rata dengan sifat serupa di manapun juga, dan partikel yang telah eksis sebelumnya terdorong menjauh, serta fluktuasi bidang kuantum yang melekat pada ruang di alam semesta. Ketika inflasi berakhir di tempat kita berada, Big Bang memenuhi Alam Semesta dengan materi dan radiasi, membangkitkan bagian dari alam semesta, yaitu alam semesta teramati yang kita lihat sekarang. 13,8 miliar tahun kemudian, inilah kita.

Alam semesta teramati bisa mencapai 46 miliar tahun cahaya ke segala arah dari sudut pandang kita, tapi pastinya ada alam semesta tak teramati, yang bisa jadi tak terbatas.

Masalahnya, tidak ada yang istimewa dari lokasi kita, baik dari segi ruang maupun waktu. Fakta bahwa kita bisa melihat 46 miliar tahun cahaya tidak membuat batas atau lokasi alam semesta menjadi istimewa, setidaknya hanya menandai batas dari apa yang bisa kita lihat. Jika kita bisa mengambil "snapshot" seluruh alam semesta melampaui bagian yang dapat diamati, karena 13,8 miliar tahun setelah Big Bang eksistensinya ada di mana-mana, maka semuanya akan terlihat seperti di lingkungan kosmik lokal kita hari ini. Akan ada jaringan kosmik galaksi, gugus, filamen, dan vakum kosmik yang besar, jauh melampaui wilayah yang relatif kecil yang dapat kita lihat. Setiap pengamat, di lokasi manapun, akan melihat alam semesta yang menyerupai apa yang terlihat dari sudut pandang kita.

Salah satu pemandangan spektakuler alam semesta. Galaksi-galaksi terjauh lebih dekat dari wilayah terluar dan hanya terlihat pada tahap awal evolusi. Dari perspektif mereka, mereka juga telah berusia 13,8 miliar tahun sama seperti kita (dan lebih berevolusi), dan kita baru menyusul beberapa miliar tahun kemudian.

Perincian individu akan berbeda, seperti rincian tata surya, galaksi, Grup Lokal dan sebagainya. Alam semesta tidak terbatas dalam hal volume, melainkan hanya bagian yang bisa diamati dan terbatas. Alasannya ada batas waktu, Big Bang, yang memisahkan kita dari yang lain. Kita bisa mendekati batas itu hanya melalui teleskop dan melalui teori. Sampai kita menemukan cara untuk melawan laju waktu, yang menjadi satu-satunya pendekatan untuk lebih memahami "ujung" alam semesta. Tapi, luar angkasa tidak memiliki tepi. Seseorang yang kita anggap ada di tepi alam semesta, sebaliknya juga akan melihat kita yang ada di tepi alam semesta.

Ditulis oleh: Ethan Siegel, kontributor www.forbes.com

Astrofisikawan dan penulis Ethan Siegel adalah pendiri dan penulis utama Starts With A Bang! Buku-bukunya, Treknology dan Beyond The Galaxy, tersedia di toko buku terdekat.

Sumber: Ask Ethan: What Does The Edge Of The Universe Look Like?

#terimakasihgoogle