[비즈한국] Pada 31 Desember 1950, sebuah artikel menarik dimuat di sudut surat kabar Washington Post. Judul artikel tersebut berbunyi: “Seorang Ibu Muda Menemukan Kedalaman Alam Semesta!” ‘Ibu muda’ yang dimaksud adalah Vera Rubin, seorang astronom yang saat itu masih menjadi mahasiswa doktoral. Tidak lama sebelum itu, Rubin baru saja melahirkan anak pertamanya. Bersama ayah dan suaminya, ia menerjang badai salju sambil menggendong bayinya untuk menghadiri pertemuan astronomi. Di sanalah, Rubin mencatatkan apa yang ia kenang sebagai ‘masa kelam’ yang paling memalukan dalam hidupnya.
Saat itu, Rubin menganalisis pergerakan 108 galaksi eksternal yang tersebar di langit belahan bumi utara. Dari sana, ia menemukan pola di mana pergerakan galaksi-galaksi tersebut tampak condong ke satu arah secara keseluruhan. Berdasarkan hal ini, ia mengemukakan kemungkinan bahwa alam semesta secara keseluruhan berputar mengelilingi sumbu tertentu. Dalam presentasinya, Rubin menggunakan judul yang sangat megah dan berani: “Rotasi Alam Semesta (Rotation of the Universe)”. Itu adalah klaim dan judul yang sangat tidak lazim bagi seorang mahasiswa doktoral yang baru saja memulai penelitiannya.
Klaim Rubin secara langsung menyangkal asumsi inti bahwa alam semesta seragam dan isotropik (sama ke segala arah) tanpa orientasi khusus. Tentu saja, reaksi para astronom sangat dingin. Bagaimana mungkin seorang ibu muda yang baru melahirkan berani menyatakan bahwa seluruh alam semesta berputar? Peristiwa yang mengejutkan sekaligus memalukan inilah yang kemudian dijadikan berita dengan judul konyol seperti di atas. Seiring berjalannya waktu, penemuannya terbukti sebagai akibat dari bias statistik atau kesalahan karena data yang terbatas. Prinsip kosmologis yang menyatakan bahwa alam semesta seragam tanpa arah khusus telah lama diterima sebagai fakta yang terbukti dengan sendirinya.
Namun, sebuah penemuan mengejutkan yang mengingatkan kita pada penelitian 'masa kelam' Rubin yang sempat hilang setengah abad lalu, baru-baru ini muncul. Penelitian terbaru menunjukkan bahwa alam semesta tampak benar-benar berputar dengan arah tertentu. Selain itu, penelitian ini memanfaatkan data observasi James Webb yang jauh lebih luas. Sungguh membingungkan. Penulis makalah kali ini, Lior Shamir, bahkan mengklaim bahwa temuan ini bisa menjadi bukti paling langsung dari kosmologi lubang hitam—sebuah hipotesis yang telah lama dianggap menarik—bahwa alam semesta kita terperangkap di dalam satu lubang hitam raksasa. Apakah penemuan ini benar? Apakah kita benar-benar terjebak di dalam lubang hitam raksasa?
Sebagian besar galaksi di alam semesta, termasuk Bima Sakti kita dan galaksi tetangga Andromeda, memperlihatkan struktur cakram dan lengan spiral yang jelas. Galaksi semacam ini disebut galaksi spiral. Semua galaksi spiral berputar ke satu arah. Melalui bentuk lengan spiral yang melingkar, arah rotasi galaksi dapat dengan mudah diketahui. Alasan saya dan para astronom lain menaruh perhatian khusus pada galaksi spiral bukan sekadar karena bentuknya yang indah. (Tentu saja, ini juga alasan yang besar.)
Rotasi galaksi spiral dikendalikan oleh halo materi gelap yang menyelimuti seluruh galaksi. Arah rotasi galaksi mencerminkan lingkungan struktur masif alam semesta dan arah materi gelap pada saat galaksi tersebut terbentuk sejak lama. Jika kita meneliti rotasi berbagai galaksi spiral secara sistematis berdasarkan data yang luas, kita dapat memahami aliran materi gelap di seluruh alam semesta, seolah-olah memetakan aliran udara dalam peta cuaca.
Dr. Shamir baru-baru ini menganalisis gambar dari JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) yang diambil oleh teleskop James Webb untuk melakukan perburuan galaksi spiral secara besar-besaran. Khususnya, ia memilih 263 galaksi yang memiliki struktur lengan spiral yang terlihat jelas sehingga arah rotasinya mudah dikenali.
Menurut pandangan konvensional bahwa alam semesta ada secara acak tanpa arah khusus, arah rotasi galaksi-galaksi spiral ini seharusnya juga acak. Galaksi yang berputar searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam seharusnya terdistribusi 50:50. Namun, hasil makalah ini sangat mengejutkan. Dari 263 galaksi yang dapat diamati, sebanyak dua pertiganya berputar searah jarum jam. Hanya sepertiga yang berputar berlawanan arah jarum jam. Ini adalah ketidakseimbangan yang terlalu ekstrem. Fakta bahwa lebih dari setengah, hampir 66%, galaksi di alam semesta berputar ke satu arah tertentu menunjukkan kesimpulan bahwa ketika dirata-ratakan, alam semesta itu sendiri harus berputar dengan arah dominan tertentu.
Sebenarnya, masalah asimetri rotasi galaksi ini pernah diangkat dalam penelitian lain sebelumnya. Para astronom pernah mengklasifikasikan jutaan gambar galaksi berdasarkan bentuknya melalui survei langit Sloan. Saat itu, kemampuan kecerdasan buatan untuk mengklasifikasikan gambar masih kurang. Oleh karena itu, para astronom meminta bantuan para penggemar astronomi di seluruh dunia. Hasilnya, jutaan galaksi berhasil diklasifikasikan dalam waktu satu tahun. Namun, di sini para astronom menemukan fakta menarik: galaksi dengan lengan spiral yang berputar berlawanan arah jarum jam jumlahnya sedikit lebih banyak.
Untuk memverifikasi apakah bias ini nyata, para astronom melakukan tes menarik. Mereka membalik gambar galaksi yang sama seperti pantulan cermin dan meminta orang untuk memilih kembali. Jika memang ada lebih banyak galaksi spiral yang berputar berlawanan arah jarum jam di alam semesta, maka ketika semua gambar galaksi dibalik, hasilnya seharusnya menunjukkan lebih banyak galaksi yang berputar searah jarum jam. Bagaimana hasilnya? Menariknya, proporsi galaksi yang berputar berlawanan arah jarum jam tetap lebih tinggi. Ini berarti bahwa ketika orang melihat gambar galaksi spiral yang sama, ada proporsi yang lebih tinggi yang mempersepsikan arah spiralnya berlawanan arah jarum jam. Penelitian yang dilakukan berdasarkan data Galaxy Zoo saat itu akhirnya berakhir sebagai kejadian kecil, menunjukkan bahwa alam semesta sebenarnya tidak asimetris, melainkan persepsi orang yang melihat arah lengan spiral galaksi sedikit bias.
Namun, hasil kali ini berbeda. Hal ini karena arah rotasi galaksi spiral tidak diklasifikasikan hanya dengan pengamatan mata. Lengan spiral galaksi, tempat bintang dan gas berkumpul dengan kepadatan lebih tinggi, memiliki piksel yang lebih terang dibandingkan area di antara lengan-lengannya. Dengan memanfaatkan ini, semua galaksi secara otomatis dikenali lengan spiralnya dan arah rotasinya ditentukan masing-masing. Hasil analisisnya secara mengejutkan menunjukkan bahwa dua pertiga dari seluruh galaksi berputar searah jarum jam. Ini sulit dipahami. Karena tidak ada alasan mengapa alam semesta menunjukkan asimetri seperti ini. Lalu, bagaimana kita harus menerima hasil ini?
Pertama, kemungkinan besar data yang digunakan dalam analisis ini sendiri bias. Jumlah 263 galaksi terlihat banyak sekilas, tetapi sebenarnya sangat sedikit dibandingkan dengan penelitian statistik saat ini yang berskala lebih besar. Tentu saja, penelitian ini memiliki kekhasan karena hanya menggunakan gambar galaksi beresolusi tinggi yang diamati oleh James Webb. Namun, jumlah itu terlalu kecil untuk mewakili orientasi seluruh alam semesta. Selain itu, penelitian ini hanya memanfaatkan data JADES yang mengamati arah tertentu dengan James Webb. Ini bukan penelitian yang menargetkan semua galaksi yang tersebar di berbagai arah di alam semesta, melainkan analisis terhadap galaksi-galaksi yang berkumpul di arah yang sama sejak awal. Poin ini sangat fatal.
Sebenarnya, ketika kita berbicara tentang alam semesta yang seragam dan isotropik, prinsip kosmologis ini adalah tentang skala yang sangat makro. Bagi kita, gugus galaksi terasa sangat besar, tetapi dibandingkan dengan skala alam semesta yang dibicarakan oleh prinsip kosmologis, itu adalah struktur yang sangat kecil. Di dalam satu gugus galaksi, galaksi-galaksi yang berada di dalamnya memang bisa berbagi arah orientasi tertentu. Faktanya, pada tahun 2021, Nature Astronomy menerbitkan hasil yang menunjukkan bahwa filamen struktur raksasa alam semesta yang saling terkait seperti jaring laba-laba juga berputar ke satu arah.
Saat itu, para astronom menggunakan data dari survei langit Sloan untuk melakukan analisis statistik yang luas terhadap 213.625 galaksi yang termasuk dalam total 17.181 filamen. Jumlah ini jauh lebih banyak daripada 263 galaksi yang digunakan dalam penelitian James Webb kali ini. Jika disederhanakan, filamen dapat dilihat sebagai struktur berbentuk silinder panjang tempat galaksi-galaksi berderet. Namun, jika filamen ini berputar mengelilingi sumbu panjangnya, setengah dari galaksi yang berada di dalam filamen tersebut seharusnya tampak mendekati kita, dan setengah sisanya menjauh. Para astronom membandingkan ke arah mana dan seberapa cepat galaksi-galaksi di setiap filamen bergerak secara relatif. Hasilnya mengejutkan: untuk setiap filamen, setengah dari galaksi tampak menjauh dari kita, dan setengah lainnya mendekat! Perbedaannya sangat jelas, sesuatu yang tidak mungkin dijelaskan jika kita mengasumsikan filamen yang tidak berputar. Selain itu, rotasi muncul lebih kuat pada filamen yang memiliki gugus galaksi lebih masif di ujungnya.
Ini menunjukkan bahwa seluruh filamen berputar karena medan gravitasi di sekitarnya. Ketika filamen struktur raksasa alam semesta terbentuk, materi tidak hanya mengalir masuk, tetapi momentum sudut yang dimiliki sejak awal juga dipertahankan. Hasil dari akumulasi tersebut adalah filamen yang kini berputar dengan lebih jelas.
Penemuan yang diterbitkan pada tahun 2021 ini berarti bahwa jika kita melihat ke satu sudut struktur raksasa alam semesta, mungkin saja galaksi-galaksi di area tersebut tampak berputar ke satu arah secara bersamaan. Akhirnya, untuk berbicara apakah seluruh alam semesta benar-benar memiliki komponen rotasi yang konsisten, kita tidak bisa menilai hanya dari satu gugus galaksi atau satu atau dua filamen saja. Kita perlu mengumpulkan dan menganalisis jutaan atau puluhan juta galaksi yang tersebar di seluruh belahan bumi utara dan selatan agar bisa memberikan penilaian yang adil.
Dalam penelitian ini, penulis menggunakan data gambar resolusi tinggi dari James Webb untuk membedakan lengan spiral dengan jelas bahkan pada galaksi yang jauh. Namun, James Webb memiliki bidang pandang yang sangat sempit dan sejak awal bukan teleskop yang diluncurkan untuk tujuan menyapu seluruh langit dengan cepat seperti survei observasi lainnya. Pada akhirnya, mau tidak mau kita hanya bisa menganalisis galaksi yang masuk dalam bidang pandang yang sama dan sempit, sehingga ada peluang besar bahwa galaksi-galaksi di area tersebut tampak memiliki arah yang condong ke satu sisi.
Meskipun demikian, penulis melangkah lebih jauh dengan klaim yang luar biasa: jika alam semesta benar-benar berputar ke satu arah secara keseluruhan, hal ini menyiratkan bahwa alam semesta kita adalah dunia yang terperangkap di dalam lubang hitam raksasa.
Kosmologi lubang hitam mulai dibicarakan sejak Stephen Hawking muda meneliti tentang singularitas lubang hitam. Dari sudut pandang fisik, tidak ada bedanya antara singularitas lubang hitam dan singularitas Big Bang di masa awal. Keduanya adalah kondisi di mana massa yang sangat besar terkumpul di satu titik, dengan densitas tak terhingga dan volume nol. Akhirnya, jika kita tidak bisa membedakan antara singularitas lubang hitam dan singularitas Big Bang di awal alam semesta, maka kita bisa berpikir bahwa alam semesta kita adalah dunia yang lahir dari singularitas lubang hitam yang sangat besar. Faktanya, lubang hitam di alam semesta kita juga terus menelan materi dan membesar, dan alam semesta kita juga terus mengembang.
Selain itu, lubang hitam memiliki batas yang disebut cakrawala peristiwa di mana kita tidak bisa mengetahui apa yang terjadi di dalamnya; ini terasa mirip dengan batas alam semesta yang bisa kita kenali melalui cahaya, yaitu cakrawala pengamatan alam semesta kita. Selain itu, beberapa astronom baru-baru ini bahkan mengklaim bahwa energi gelap yang mempercepat ekspansi alam semesta mungkin terkait dengan lubang hitam supermasif yang berada di pusat galaksi di seluruh alam semesta, membuat kita curiga apakah ada hubungan antara seluruh alam semesta dengan lubang hitam.
Semua lubang hitam yang ditemukan di alam semesta berputar dengan cepat ke satu arah. Lubang hitam yang terbentuk dari awan gas dan bintang yang tadinya menyebar luas perlahan berputar ke satu arah dan kemudian runtuh serta menyusut menjadi titik kecil dalam sekejap, mendapatkan putaran yang sangat cepat untuk mempertahankan momentum sudut dalam prosesnya. Seperti yang dikatakan oleh kosmologi lubang hitam—yang juga disebut sebagai kosmologi Schwarzschild—jika alam semesta kita benar-benar dunia yang terperangkap di dalam lubang hitam yang lebih besar, maka lubang hitam yang menampung alam semesta kita juga pasti berputar dengan cepat, dan pada akhirnya kita harus melihat alam semesta secara keseluruhan seolah-olah berputar ke satu arah. Penulis makalah menyebutkan kemungkinan situasional ini dan mengklaim bahwa penemuan kali ini mengisyaratkan kosmologi lubang hitam.
Karena konsep kosmologi lubang hitam yang disebutkan penulis dalam makalah kali ini terlalu ekstrem, orang hanya fokus pada hal itu. Namun, sebenarnya data observasi yang digunakan dalam penelitian ini memiliki makna yang lebih penting lainnya.
Dalam beberapa tahun terakhir, para astronom telah menemukan struktur raksasa baru di alam semesta yang membentang hingga miliaran tahun cahaya. Mulai dari filamen primordial di ujung alam semesta tempat beberapa quasar berderet panjang, hingga struktur supermasif tempat galaksi-galaksi berderet hampir separuh dari skala alam semesta yang dapat diamati. Struktur seperti ini tampak menentang prinsip kosmologis konvensional yang menganggap bahwa alam semesta seharusnya seragam pada skala makro. Struktur supermasif seperti ini tidak dapat direproduksi dalam simulasi yang menerapkan model kosmologi standar yang ada. Untuk mengatasinya, para astronom bahkan mempertimbangkan kemungkinan bahwa alam semesta dimulai dalam kondisi yang condong atau bias sejak awal. Oleh karena itu, klaim makalah ini lebih masuk akal jika dilihat sebagai kelanjutan dari keraguan terhadap ketidakseragaman dan anisotropi alam semesta ini.
Jika memang terbukti bahwa alam semesta secara keseluruhan berputar ke satu arah dan memiliki momentum sudut, saat yang dikenang Vera Rubin sebagai 'masa kelam' mungkin akan dinilai kembali sebagai momen penemuan yang mendahului zamannya, yang untuk pertama kalinya berbicara tentang kebenaran rotasi alam semesta. Sama seperti konstanta kosmologis, lambda, yang lama dianggap sebagai 'masa kelam' Einstein, akhirnya dinilai kembali sebagai wawasan yang mendahului zamannya karena penemuan energi gelap.
“Klaim yang luar biasa membutuhkan bukti yang luar biasa.” Kita diingatkan kembali akan makna kata-kata yang ditinggalkan oleh Carl Sagan ini.
Referensi
https://www.k-state.edu/news/articles/2025/03/lior-shamir-james-webb-space-telescope-spinning-galaxies.html
https://academic.oup.com/mnras/article/538/1/76/8019798?login=false
https://www.nature.com/articles/s41550-021-01380-6
Penulis Ji Woong-bae? Mencintai kucing dan alam semesta. Sejak kecil, setelah menonton ‘Galaxy Express 999’, ia memiliki mimpi untuk mengenalkan keindahan alam semesta. Saat ini, ia meneliti evolusi melalui interaksi galaksi di Pusat Penelitian Evolusi Galaksi dan Laboratorium Kosmologi Lokal Universitas Yonsei, serta aktif dalam berbagai kegiatan komunikasi sains seperti ceramah dan menulis. Ia telah menulis buku seperti ‘Observatorium yang Sedang PDKT’, ‘Berpikir Tentang Alam Semesta Sepanjang Hari’, dan ‘Bintang, Sains Cahaya’.