[비즈한국] Baru-baru ini, sebuah video menarik diunggah di kanal YouTube BODA. Video tersebut merupakan wawancara langsung dengan Profesor Lee Young-wook, seorang astronom Korea Selatan yang sangat dihormati. Tim riset Profesor Lee baru saja mengusulkan sebuah model menarik yang keluar dari pakem model kosmologi konvensional. Argumennya adalah, alih-alih mengalami percepatan ekspansi, alam semesta justru telah memasuki fase ekspansi melambat di mana kecepatan ekspansinya perlahan berkurang. Terlebih lagi, berbagai hasil pengamatan independen semuanya menunjuk pada model alam semesta yang mengalami ekspansi melambat! Lantas, bagaimana nasib alam semesta kita ke depannya?
Alam semesta terus mengembang. Sejak dimulainya alam semesta 13,8 miliar tahun yang lalu, proses ini terus terjadi. Semua astronom menyepakati hal ini. Namun, ketika membahas rinciannya, pendapat mereka terbagi. Ada tiga pandangan utama: ada yang berpendapat ekspansi berlanjut dengan kecepatan konstan, ada yang berpendapat semakin cepat, dan ada yang berpendapat semakin melambat.
Dalam membicarakan nasib alam semesta saat ini, target terpenting adalah supernova. Supernova merupakan ledakan satu bintang, namun cahayanya sangat terang hingga menandingi seluruh galaksi yang berisi ratusan hingga ribuan miliar bintang. Karena cukup terang untuk dilihat dari jarak jauh, supernova menjadi mercusuar yang baik untuk memetakan alam semesta yang jauh.
Selain itu, secara tradisional, supernova Tipe Ia dianggap memiliki kecerahan puncak yang hampir konstan pada saat paling terang. Supernova Tipe Ia adalah jenis supernova yang tidak menunjukkan garis spektrum hidrogen yang jelas, karena ledakan ini terjadi pada katai putih yang hampir kehilangan seluruh hidrogennya. Diketahui bahwa katai putih akan meledak jika massanya melebihi batas tertentu yang dikenal sebagai batas Chandrasekhar. Karena massa batas itu dianggap selalu konstan, maka supernova Tipe Ia dianggap sebagai standar yang dapat meledak dengan tingkat kecerahan yang sama di mana pun dan kapan pun sepanjang sejarah alam semesta. Jika sebuah supernova meledak di alam semesta yang jauh, kita tahu seberapa terang seharusnya cahaya puncaknya, sehingga kita bisa menggunakannya untuk mengukur jarak galaksi tempat supernova tersebut meledak.
Namun kenyataannya tidak sesederhana itu. Mekanisme ledakan supernova Tipe Ia sangat beragam. Umumnya, ledakan terjadi ketika katai putih mencuri materi dari bintang pendamping di dekatnya, atau ketika dua katai putih bertabrakan. Kasus katai putih yang meledak setelah menyerap materi dari bintang raksasa disebut sebagai supernova Single Degeneracy (SD), sementara kasus dua katai putih yang bertabrakan disebut supernova Double Degeneracy (DD).
Selain itu, kecerahan puncak saat ledakan dapat sangat bervariasi tergantung pada kandungan logam seperti nikel di dalam katai putih tersebut. Hal ini karena elemen logam yang kaya elektron menyerap lebih banyak cahaya, yang bertindak sebagai faktor opasitas yang membuat objek angkasa tampak lebih redup.
Karena asal-usul dan kondisi supernova Tipe Ia sangat beragam, menganggap kecerahan puncaknya selalu konstan sebagai "lilin standar" adalah asumsi yang cukup kasar. Terutama karena seiring bertambahnya usia dan evolusi alam semesta, komposisi kimia serta kandungan logam pada galaksi dan bintang di seluruh alam semesta telah berubah, sehingga kecerahan supernova juga berpotensi berubah sesuai dengan usia galaksi dan bintangnya.
Sejak tahun 1980-an, beberapa astronom telah menyatakan perlunya mempertimbangkan bias usia ini dengan cermat jika ingin menggunakan supernova Tipe Ia sebagai lilin standar. Salah satunya adalah Beatrice Tinsley. Galaksi yang jauh merepresentasikan alam semesta awal sesaat setelah Big Bang. Semakin dekat galaksi tersebut, semakin banyak galaksi tua yang lahir di kemudian hari. Di galaksi muda pada masa awal, terdapat lebih banyak supernova Tipe II—ledakan akibat keruntuhan bintang berat yang berumur pendek—dibandingkan supernova Tipe Ia. Selain itu, seberapa banyak supernova Tipe Ia yang dapat terjadi bergantung pada distribusi usia bintang di galaksi induk dan usia galaksi itu sendiri, dengan mempertimbangkan waktu jeda yang dibutuhkan bintang untuk menua dan menjadi supernova.
Bias usia pada kecerahan supernova ini membuat supernova yang meledak di galaksi yang relatif lebih muda (lebih jauh) tampak lebih redup. Namun, jika ini tidak dikoreksi dengan benar, kita akan menyimpulkan bahwa supernova tampak lebih redup hanya karena galaksi tersebut berada lebih jauh dari yang diperkirakan. Hal ini berujung pada kesimpulan bahwa ekspansi alam semesta semakin cepat sehingga jarak ke galaksi menjadi lebih jauh dari perkiraan.
Faktanya, pada tahun 1998, tim riset Adam Riess, Brian Schmidt, dan Saul Perlmutter menyimpulkan dengan cara ini bahwa alam semesta sedang mengalami percepatan ekspansi. Energi misterius yang mendorong alam semesta untuk mengembang lebih cepat melawan arah gravitasi, yaitu energi gelap, mulai muncul sebagai tantangan terpanas dalam astronomi. Dan hingga kini, identitas energi gelap belum terungkap sama sekali. Jangankan identitasnya, kandidat yang tepat pun tidak ada.
Lima tahun lalu, tim riset Profesor Lee Young-wook membuktikan efek evolusi luminositas supernova berdasarkan usia yang dipikirkan Tinsley dengan data pengamatan aktual. Hasil verifikasi menunjukkan bagaimana kecerahan supernova berubah berdasarkan usia galaksi, dan hasilnya menunjukkan bahwa semakin muda usia galaksinya, supernova seharusnya terlihat lebih redup! Setelah mengoreksi efek evolusi luminositas berdasarkan usia tersebut, tim menemukan bahwa, berbeda dari apa yang diketahui sebelumnya, efek percepatan ekspansi menghilang sepenuhnya.
Pada saat itu, argumen ini tidak terlalu diterima di kalangan akademisi. Alasan utamanya adalah bukti-bukti pengamatan lain masih tampak mendukung percepatan ekspansi. Namun kini situasinya telah berubah. Makalah terbaru ini menunjukkan bahwa hasil pengamatan independen lainnya yang muncul dalam beberapa tahun terakhir justru lebih mendukung model alam semesta yang mengalami ekspansi melambat, bukan percepatan.
Dalam riset tambahan ini, data yang dimanfaatkan secara aktif oleh tim Profesor Lee Young-wook adalah data DESI. Proyek ini bahkan memiliki ambisi untuk mencari identitas energi gelap dari namanya. Proyek pengamatan ini mengukur jarak alam semesta menggunakan tolok ukur selain supernova, yaitu Osilasi Akustik Barion (Baryon Acoustic Oscillation/BAO).
Alam semesta pada awal mulanya berada dalam kondisi plasma. Gelombang merambat melintasi plasma seolah-olah suara merambat, berpusat pada titik-titik dengan kepadatan sedikit lebih tinggi di awal waktu. Saat alam semesta mengembang dan mendingin cukup jauh, plasma tersebut membeku. Pada saat itu, gelombang suara dari alam semesta awal yang merambat ke segala arah juga membeku. Gelombang yang membeku ini menjadi zona dengan kepadatan yang lebih tinggi. Di sanalah galaksi terbentuk. Jadi, jika kita melihat struktur besar alam semesta saat ini, galaksi tidak tersebar secara acak. Galaksi-galaksi tersebut saling terpisah dengan jarak yang sesuai dengan skala getaran gelombang suara dari alam semesta awal yang terbentuk saat itu. Inilah yang disebut sebagai jejak getaran purba—Osilasi Akustik Barion—yang tertanam pada struktur besar alam semesta saat plasma awal membeku.
Osilasi Akustik Barion harus selalu mempertahankan skala yang sama terlepas dari usia alam semesta. Jadi, jika supernova Tipe Ia adalah lilin standar yang kecerahannya diharapkan konstan, maka Osilasi Akustik Barion dapat dianggap sebagai tolok ukur standar dengan ukuran atau skala yang konstan.
Tahun lalu, tim DESI menunjukkan kemungkinan menarik setelah menganalisis Osilasi Akustik Barion. Yaitu bahwa energi gelap bukanlah konstanta, melainkan nilai yang berubah seiring waktu. Selama ini, energi gelap dianggap sebagai konstanta kosmologis yang dibicarakan Einstein. Meskipun volume alam semesta bertambah karena ekspansi, kerapatan energi gelap seharusnya selalu konstan. Seolah-olah total energi gelap di alam semesta terus bertambah. Oleh karena itu, ia terkadang disebut sebagai "energi hantu" (phantom energy), yang berarti energi baru yang tidak diketahui asalnya. Namun, hasil tim DESI tahun lalu menunjukkan kemungkinan baru bahwa energi gelap semakin berkurang seiring berjalannya waktu.
Meskipun demikian, hasil tersebut tidak sampai menyimpulkan bahwa alam semesta mengalami ekspansi melambat. Hasilnya hanya menunjukkan bahwa kekuatan energi gelap perlahan melemah dibandingkan masa awalnya. Jika diibaratkan dengan mobil, kaki masih menginjak pedal gas, tetapi tekanan pada pedal sedikit melemah.
Namun, temuan baru tim riset Profesor Lee Young-wook melampaui hal tersebut. Sebagai hasil dari penerapan evolusi luminositas supernova berdasarkan usia secara presisi, tampak bahwa alam semesta saat ini tidak hanya mengurangi tekanan pada pedal gas, tetapi justru sedang menginjak rem. Alam semesta telah memasuki fase ekspansi melambat! Yang lebih menarik adalah, tim DESI sebenarnya juga menemukan hasil yang sama.
Hanya saja, dalam hasil tahun lalu, mereka tidak mengeluarkan kesimpulan hanya berdasarkan hasil analisis Osilasi Akustik Barion semata. Sebaliknya, mereka mencampurnya dengan data supernova konvensional (yang tidak mempertimbangkan evolusi luminositas berdasarkan usia) untuk mendapatkan hasil akhir. Seandainya tim DESI sejak awal hanya menggunakan hasil Osilasi Akustik Barion saja, mereka justru akan mendapatkan hasil ekspansi melambat. Namun, karena mencampur hasil supernova konvensional yang tidak mempertimbangkan efek evolusi luminositas untuk dirata-ratakan, mereka hanya mendapatkan hasil bahwa energi gelap tampak sedikit berkurang, bukan sampai tahap ekspansi melambat.
Tim riset Profesor Lee Young-wook mengesampingkan data supernova konvensional dan membandingkannya secara langsung dengan hasil analisis Osilasi Akustik Barion tim DESI. Hasilnya sungguh mengejutkan. Karena hasil baru yang mempertimbangkan efek evolusi luminositas supernova berdasarkan usia tersebut sangat cocok dengan hasil dari Osilasi Akustik Barion saja. Radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB) juga menunjuk pada model yang sama. Sungguh hasil yang mencengangkan bahwa tiga metode pengamatan kosmologis yang independen ini semuanya menunjuk pada model yang sama.
Hasil ini tidak serta merta berarti energi gelap tidak ada. Ini berarti energi gelap, yang dianggap sebagai konstanta sederhana yang mempertahankan kerapatan yang sama meski alam semesta mengembang, sebenarnya adalah entitas aneh yang berubah secara drastis seiring waktu. Seolah-olah fase materi berubah dari padat, cair, ke gas, persamaan keadaan energi gelap itu sendiri harus berubah. Pada masa awal setelah Big Bang, ia berperilaku seperti energi hantu, kemudian sempat berperilaku seperti konstanta kosmologis, dan kini kembali berperilaku dengan cara aneh yang perlahan berkurang. Untuk menyatakan hasil riset tim Profesor Lee Young-wook dengan benar, bukan "energi gelap tidak ada" seperti yang sering disalahpahami, melainkan harus dikatakan: "Konstanta kosmologis tidak ada. Energi gelap adalah entitas yang berubah-ubah seiring waktu."
Dalam wawancara BODA, Profesor Lee Young-wook mengatakan bahwa belum diketahui pasti ke arah mana hasil ini akan bermuara. Namun, ia mengatakan bahwa ini menunjukkan energi gelap bukanlah konstanta kosmologis sederhana seperti yang dipikirkan sebelumnya, melainkan konsep yang sama sekali berbeda. Ia juga mengatakan bahwa penemuan ini akan menjadi batu loncatan penting menuju model alam semesta yang sama sekali berbeda di masa depan.
Alam semesta berevolusi. Dan pandangan manusia terhadap alam semesta pun ikut berevolusi. Alam semesta yang selama ini dikira akan tetap sama selamanya tanpa perubahan, suatu saat menjadi dunia yang mengembang dengan cepat, kemudian tiba-tiba menjadi dunia yang ekspansinya semakin cepat. Kini, kemungkinan lain terbuka bahwa ekspansi tersebut mungkin perlahan melambat. Kosmologi belum selesai. Dan tidak akan pernah selesai. Kita tahu bahwa kita tidak mungkin mencapai kebenaran dengan sempurna, tetapi kita terus bergerak sedikit demi sedikit untuk mendekati kebenaran tersebut tanpa henti.
Lantas, nasib apa yang akan menimpa kosmologi saat ini yang berbicara tentang energi gelap dan percepatan ekspansi alam semesta? Jika energi gelap berubah seiring waktu, apa alasannya? Bagaimana nasib alam semesta ke depannya? Nasib alam semesta itu sendiri tampaknya sesulit untuk diprediksi sebagaimana energi gelap yang terus berubah setiap saat.
Referensi
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab5afc
https://academic.oup.com/mnras/article/544/1/975/8281988
Siapakah penulis Ji Woong-bae? Ia mencintai kucing dan alam semesta. Sejak kecil, setelah menonton 'Galaxy Express 999', ia memiliki impian untuk menyebarluaskan keindahan alam semesta. Saat ini, ia adalah profesor asisten di Fakultas Studi Independen Universitas Sejong, yang terlibat dalam berbagai aktivitas komunikasi sains seperti ceramah dan menulis. Ia telah menulis buku seperti 'Setiap Hari Sepotong Semesta', 'Ilmuwan di Alam Semesta yang Berbintang', 'Tidak Bisa Pergi Tapi Bisa Tahu', dan 'Pertanyaan Aneh yang Muncul Saat Melihat Alam Semesta', serta menerjemahkan buku-buku seperti 'Panduan untuk Hitchhiker yang Bepergian di Alam Semesta yang Sesungguhnya', 'Bagaimana Saya Membunuh Pluto', 'Quantum Life', dan 'Cosmigraphics'.