[비즈한국] Baru-baru ini, ‘film favorit seumur hidup’ saya berubah. Sejak film ‘Elio’ dirilis di Korea pada 18 Juni lalu. Apakah kita benar-benar sendirian di alam semesta? Ini adalah kisah indah yang paling khas Pixar dalam menjawab pertanyaan besar yang telah lama disimpan umat manusia. Saat suara astronom Carl Sagan mengalun, saya hampir menangis. Saya menganggap karya ini sebagai sebuah penghormatan untuk Carl Sagan dan wahana antariksa Voyager yang terbang ke luar angkasa dengan membawa mimpinya.
Semua peristiwa dalam ‘Elio’ berawal dari wahana antariksa Voyager yang meninggalkan Bumi pada tahun 1977. Setelah keluar dari tata surya, Voyager ditemukan oleh alien, dan mereka datang ke Bumi setelah mendekripsi Golden Record (piringan emas) yang ada di dalamnya. Namun, bagaimana alien bisa menemukan lokasi Bumi di ruang angkasa yang sangat luas ini?
Golden Record memuat peta khusus yang diukir oleh para astronom. Peta ini menampilkan 14 garis lurus yang membentang ke segala arah, ditambah satu garis lurus terpanjang. Pusat di mana garis-garis tersebut membentang menunjukkan lokasi Bumi. Peta ini dirancang oleh rekan astronom Carl Sagan, Frank Drake. Ia memilih 14 bintang khusus yang disebut pulsar untuk dijadikan kompas yang menunjukkan jalan menuju Bumi. Wahana Pioneer, yang terbang ke luar angkasa sebelum Voyager, juga membawa pelat tembaga dengan peta yang sama. Dan para alien di ‘Elio’ benar-benar datang ke Bumi dengan mengikuti peta tersebut!
Namun, menemukan jalan menggunakan pulsar bukanlah teknologi milik alien saja. Faktanya, kini umat manusia memimpikan navigasi era baru yang mencari jalan menggunakan GPS alami di alam semesta, yaitu pulsar, melampaui satelit GPS. Inilah navigasi pulsar. Selain itu, pulsar bisa menjadi alat luar biasa untuk melacak bagaimana ruang-waktu alam semesta bergetar secara keseluruhan, mulai dari guncangan ruang-waktu hingga jejak Big Bang. Tidak lama lagi, kita akan memanfaatkan getaran alami ruang-waktu alam semesta yang telah bergelombang selama 13,8 miliar tahun sejak Big Bang untuk menaiki mobil dan pesawat terbang.
Mengapa Drake memilih pulsar sebagai bintang penunjuk jalan bagi alien? Di Bumi, Bintang Utara (Polaris) menjadi bintang penunjuk jalan. Namun, begitu meninggalkan Bumi, Polaris hanyalah salah satu dari bintang biasa. Makna khusus yang diberikan pada Polaris hanya berlaku di Bumi. Kita memerlukan bintang penunjuk jalan yang universal dan adil yang berlaku sama bagi semua orang di alam semesta. Dan pulsar dapat memainkan peran tersebut.
Pulsar adalah bintang neutron yang berotasi dengan periode sangat singkat, hanya beberapa detik. Bintang neutron adalah hasil dari keruntuhan bintang raksasa yang menjadi kecil. Oleh karena itu, kecepatan rotasinya menjadi sangat cepat dan medan magnetnya menjadi kuat. Sepanjang sumbu medan magnet yang kuat, bintang neutron memuntahkan energi yang besar. Namun, sumbu medan magnet (tidak seperti Bumi) tidak benar-benar sejajar dengan sumbu rotasi. Sumbu tersebut miring. Jadi, jika dilihat dari jauh, tampak seolah-olah cahaya mercusuar berulang kali muncul dan menghilang dari pandangan, energi kuat yang dipancarkan bintang neutron terlihat berulang kali terang lalu meredup. Karena periode rotasinya sangat singkat, sinyal tersebut tampak seperti mengirimkan sinyal pulsa dalam selang beberapa detik. Itulah sebabnya ia disebut pulsar, yang berarti bintang yang memancarkan pulsa.
Periode pulsar tetap sangat konstan dalam hitungan milidetik. Sama seperti sidik jari manusia yang berbeda-beda, setiap pulsar memiliki periode uniknya sendiri. Kita bisa mengidentifikasi pulsar hanya dengan mengetahui periodenya. Selain itu, energi yang dipancarkan pulsar sangat kuat. Jadi, pulsar adalah mercusuar yang relatif mudah dideteksi bahkan dari jarak jauh. Terutama, pulsar bukanlah struktur buatan manusia. Ia adalah mercusuar yang terbentuk secara alami di alam semesta.
Drake berpikir jika ada peradaban yang berlayar di alam semesta dan mencari eksistensi lain seperti kita, mereka pasti juga akan menemukan pulsar dan memahami karakteristiknya dengan baik. Ia memilih 14 pulsar yang bergetar dengan periode konstan di galaksi kita, dan menggambar garis dengan merefleksikan jarak relatif dari Bumi ke setiap pulsar. Periode rotasi masing-masing pulsar dinyatakan dalam sistem biner. Pola zig-zag yang digambar di ujung setiap garis lurus menunjukkan periode rotasi dalam angka 1 dan 0. Untuk membandingkan skala jarak, garis terpanjang yang menunjukkan jarak dari Bumi ke lubang hitam Sagitarius A* di pusat galaksi Bimasakti juga ditambahkan. Ini akan menjadi skala yang berguna bagi para penumpang gelap (hitchhiker) tak dikenal yang mengarungi Bimasakti. Jika ada makhluk cerdas seperti alien di ‘Elio’, mereka akan mampu mengidentifikasi setiap pulsar yang terukir di Voyager Golden Record dan secara akurat menemukan lokasi Bumi di mana garis-garis tersebut bertemu berdasarkan posisi spasialnya.
Pulsar adalah jam paling akurat di alam semesta. Sekarang, pulsar melampaui sekadar pencarian Bumi dan menjadi alat untuk mendeteksi getaran seluruh ruang-waktu alam semesta. Segera setelah Big Bang 13,8 miliar tahun yang lalu, alam semesta memiliki suhu yang sangat tinggi. Seiring alam semesta mengembang dengan cepat, suhunya perlahan turun. Ketika suhu turun di bawah 10 pangkat 12 Kelvin, partikel dasar quark yang tadinya terpisah mulai bergabung menjadi proton dan neutron. Pada saat ini, alam semesta mengalami transformasi besar-besaran. Itu adalah perubahan yang sangat drastis, setara dengan uap air yang mengembun menjadi air dalam sekejap. Fase ini sebenarnya disebut sebagai transisi fase alam semesta. Ada kemungkinan bahwa getaran besar yang mengguncang ruang-waktu itu sendiri menyebar ke seluruh alam semesta pada saat ini. Jejaknya mungkin tertinggal sebagai getaran gelombang gravitasi yang tersebar tipis di ruang-waktu itu sendiri. Itulah 'gelombang gravitasi latar belakang' (background gravitational waves) yang membentang seperti latar belakang di alam semesta itu sendiri.
Ini berbeda karakteristiknya dengan gelombang gravitasi yang dideteksi oleh detektor LIGO pada tahun 2015. Gelombang gravitasi yang terdeteksi saat itu adalah getaran yang dibuat saat dua lubang hitam berat saling bertabrakan. Setiap kali sepasang lubang hitam yang hidup di berbagai tempat di alam semesta saling bertabrakan, gelombang gravitasi yang tajam seperti ini menyebar secara berkala. Ini bisa dianggap sebagai 'tsunami gelombang gravitasi' yang tiba-tiba menyebar dan menghilang dari berbagai tempat tanpa peringatan.
Sebaliknya, 'gelombang gravitasi latar belakang' berbeda. Ini adalah gelombang gravitasi latar belakang yang secara harfiah tersebar tipis di seluruh alam semesta sejak awal mula alam semesta hingga sekarang. Bisa dibilang sebagai pantulan gelombang gravitasi. Gelombang gravitasi latar belakang mirip dengan radiasi latar belakang kosmik yang tersisa dari cahaya yang pertama kali menyebar ke seluruh alam semesta 380.000 tahun setelah Big Bang. Anda bisa menganggap gelombang gravitasi latar belakang sebagai versi gelombang gravitasi dari radiasi latar belakang kosmik.
Getaran ini menyebabkan sinyal getaran setiap pulsar yang diamati dari Bumi tiba lebih cepat atau lebih lambat dari yang diperkirakan. Dengan memantau perubahan kecil pada periode getaran pulsar di seluruh alam semesta, kita dapat mendeteksi getaran gelombang gravitasi yang telah menyapunya. Pulsar menjadi sistem pelampung kosmik yang memungkinkan kita merasakan gelombang ruang-waktu yang transparan. Metode pengamatan yang mendeteksi getaran ruang-waktu melalui pulsar ini disebut Pulsar Timing Array (PTA).
Melalui pengamatan skala besar ini, para astronom telah mengungkap fakta pada tahun 2023 bahwa ruang-waktu alam semesta benar-benar bergetar secara keseluruhan. Itu adalah hasil luar biasa yang diperoleh dengan mengamati puluhan pulsar selama hampir 10 tahun. Namun, setahun lebih kemudian, para astronom menemukan fakta baru dengan menambahkan hasil pengamatan sebelumnya. Dengan bergabungnya Pulsar Timing Array baru yang menggunakan teleskop radio MeerKAT di Afrika Selatan, mereka mendeteksi getaran ruang-waktu dengan jangkauan yang lebih luas. Selama 5 tahun terakhir, semua sinyal yang datang dari total 83 pulsar telah diukur dengan presisi. Dengan demikian, untuk pertama kalinya dalam sejarah, umat manusia menyelesaikan 'peta gelombang gravitasi'.
Namun, ada hal menarik yang terlihat jika melihat peta gelombang gravitasi. Terdapat area di mana getaran gelombang gravitasi muncul lebih kuat. Hal ini mengingatkan kita pada kontroversi anisotropi alam semesta yang menjadi perdebatan hangat dalam astronomi modern baru-baru ini. Jika itu adalah gelombang gravitasi latar belakang yang menyebarkan getaran ruang-waktu dari Big Bang, maka seharusnya getaran tersebut tersebar merata ke seluruh alam semesta sehingga tidak ada alasan untuk menunjukkan arah tertentu.
Kalau begitu, apakah di arah alam semesta tersebut terdapat lebih banyak lubang hitam supermasif yang menyebabkan getaran pada ruang-waktu? Kemungkinannya ada. Namun, perlu berhati-hati. Area yang muncul di peta ini secara khusus terlihat di langit belahan bumi selatan, dan ini bisa jadi karena bias pengamatan yang disebabkan oleh Pulsar Timing Array yang baru-baru ini diamati oleh MeerKAT di belahan bumi selatan.
Pulsar, yang menjadi alat untuk menunjukkan getaran seluruh alam semesta secara presisi, juga menjadi bintang penunjuk jalan yang paling akurat dan berguna bagi para pengelana yang tersesat di alam semesta. Bagi wahana antariksa yang meninggalkan Bumi dan berlayar di luar angkasa, bintang penunjuk jalan yang mutlak sangatlah penting. Selama ini, wahana antariksa yang menjelajahi tata surya seperti Mars dan Jupiter menggunakan bintang-bintang paling terang yang terlihat di sekitar Bumi, seperti Sirius atau Canopus, sebagai bintang penunjuk jalan. Namun, masalahnya adalah bintang-bintang tersebut juga tidak diam, melainkan bergerak di ruang angkasa. Akhirnya, bintang biasa tidak bisa menjadi bintang penunjuk jalan yang paling absolut. Bagi para pengelana yang telah benar-benar meninggalkan tata surya, seperti Voyager, Pioneer, dan wahana New Horizons yang terbang melewati Pluto menuju luar tata surya, bintang biasa seperti itu bahkan lebih tidak berguna.
Sebaliknya, pulsar yang bergetar secara konstan dan jauh lebih jauh sehingga secara praktis dianggap tetap di tempat yang sama dalam pandangan kita, bisa menjadi standar yang lebih mutlak. Terutama bagi umat manusia yang memimpikan era luar angkasa di mana kita akan meninggalkan Bumi dan berlayar di alam semesta dalam waktu dekat, navigasi luar angkasa menggunakan pulsar adalah tugas yang sangat penting dan realistis.
Faktanya, pada tahun 2017 NASA mencoba eksperimen untuk mendapatkan koordinat posisi akurat stasiun luar angkasa hanya dengan memanfaatkan pulsar. Ini adalah upaya untuk menentukan lokasi stasiun luar angkasa hanya dengan mengandalkan pulsar tanpa bertukar informasi apa pun dengan stasiun bumi. Untuk tujuan ini, stasiun luar angkasa dilengkapi dengan peralatan sebesar mesin cuci yang mendeteksi sinyal sinar-X, yang disebut Station Explorer for X-Ray Timing and Navigation (SEXTANT). Melalui ini, mereka berhasil menentukan lokasi akurat stasiun luar angkasa di ruang angkasa hanya dengan empat pulsar sinar-X dengan tingkat kesalahan kurang dari 5 km. Mengingat stasiun luar angkasa sedang bergerak dengan kecepatan luar biasa 28.000 km/jam, hasil bahwa kita bisa menemukan lokasi dengan presisi seperti ini hanya dengan mengandalkan pulsar adalah hasil yang sangat menakjubkan.
Kita menentukan lokasi kita berdasarkan sinyal satelit GPS yang berada di atas kepala kita, di orbit geostasioner Bumi. Namun, jika dipikir-pikir, satelit GPS pada akhirnya hanyalah satelit buatan yang berputar cepat di sekitar Bumi. Jika kita tidak bisa menentukan posisi mutlak satelit GPS sejak awal, mencari jalan berdasarkan hal itu juga tidak ada gunanya. Oleh karena itu, para astronom memikirkan cara untuk memanfaatkan kuasar, galaksi aktif yang memuntahkan energi kuat dari ujung alam semesta, atau pulsar itu sendiri yang mengirimkan sinyal pulsa dengan ritme yang sangat konstan dari seluruh alam semesta sebagai GPS untuk GPS.
Seiring dengan majunya peradaban manusia, hidup kita telah menjadi era yang sangat sensitif di mana 1 detik dan 1 mm pun sangat menentukan. Masa depan akan menjadi era yang lebih sensitif lagi. Ini akan menjadi masyarakat super sensitif di mana biaya yang harus ditanggung individu dan masyarakat akan berbeda hanya dengan selisih 1 milidetik atau 1 mikrometer. Astronomi yang selalu mengandalkan angka besar dan selalu diikuti oleh kesalahan besar, kini hanyalah masa lalu. Astronomi kini juga menjadi ranah sains ultra-presisi yang memperhatikan waktu singkat dalam sekejap mata. Perubahan itu akan membuat skala kehidupan kita menjadi jauh lebih tajam dan presisi. Tak lama lagi, kita akan menjalani hidup dengan menaiki bus otonom yang bergerak dengan pulsar sebagai panduan, dan menyerahkan tubuh kita pada wahana antariksa yang menuju Mars mengikuti petunjuk kuasar.
Referensi
https://academic.oup.com/mnras/article/536/2/1489/7912548?login=false
https://academic.oup.com/mnras/article/536/2/1467/7912547?login=false
https://academic.oup.com/mnras/article/536/2/1501/7912549?login=false
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ace18b
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acda9a
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acdac6
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acdc91
Siapakah penulis Ji Woong-bae? Ia mencintai kucing dan alam semesta. Saat kecil, setelah menonton 'Galaxy Express 999', ia memiliki mimpi untuk menyebarkan keindahan alam semesta. Saat ini, ia meneliti evolusi melalui interaksi galaksi di Pusat Penelitian Evolusi Galaksi dan Laboratorium Kosmologi Dekat Universitas Yonsei, serta aktif dalam berbagai kegiatan komunikasi sains seperti ceramah dan menulis. Ia telah menulis buku seperti 'Some-taneun Cheonmundae (Observatorium yang Sedang PDKT)', 'Haru Jongil Uju Saenggak (Memikirkan Alam Semesta Sepanjang Hari)', dan 'Byeol, Bit-ui Gwahak (Bintang, Sains Cahaya)'.