[비즈한국] “For the brave sky-travellers, maps of the celestial bodies (Bagi para penjelajah langit yang pemberani, kita harus menggambar peta benda-benda langit).”
Begitulah kata Kepler dalam suratnya kepada astronom Galileo pada tahun 1610. Kepler membayangkan bahwa suatu hari nanti, kapal dan layar yang mampu berlayar antar bintang akan tercipta. Ia berpikir bahwa sebelum hari itu tiba, peta Bulan dan Jupiter harus dipersiapkan terlebih dahulu. Kepler menganggap bahwa upayanya bersama Galileo dalam meneliti langit malam bukan sekadar mengungkap misteri alam semesta, melainkan sebuah pekerjaan menggambar peta untuk masa depan umat manusia yang lebih luas.
Kini, kita menggambar peta seluruh alam semesta, bukan hanya Bumi atau Tata Surya. Di dalamnya, terdapat tak terhitung banyaknya galaksi. Dan setiap kali peta baru digambar, ia menuntun kita pada penemuan asing yang tak pernah kita bayangkan sebelumnya.
Dahulu, umat manusia mengira Bumi adalah dunia yang datar. Namun, Bumi adalah sebuah bola raksasa. Oleh karena itu, selalu muncul masalah yang merepotkan saat menggambar Bumi ke dalam peta. Hal ini dikarenakan selalu ada distorsi yang tidak disengaja saat kita mencoba menggambarkan Bumi yang melengkung ke atas kertas yang datar.
Menariknya, kelengkungan bukan hanya masalah pelik bagi Bumi, tetapi juga bagi alam semesta secara keseluruhan. Pertama-tama, kita perlu memahami dengan tepat apa yang dimaksud dengan ‘kelengkungan’ dalam ruang-waktu semesta.
Kelengkungan merujuk pada geometri alam semesta. Geometri alam semesta adalah konsep yang berbeda dari bentuk alam semesta. Bentuk alam semesta membicarakan apakah alam semesta secara keseluruhan berbentuk bola, donat, atau kotoran. Kita bisa membayangkan segala bentuk untuk alam semesta. Hal itu hanya menggambarkan seperti apa bentuknya jika dilihat dari sudut pandang pengamat yang maha tahu dari luar alam semesta. Namun, yang lebih bermakna secara astrofisika bukanlah bentuk alam semesta, melainkan geometrinya. Berbeda dengan bentuk alam semesta yang bisa dibayangkan dalam berbagai rupa, geometri alam semesta hanya memiliki tiga kemungkinan: datar, tertutup, atau terbuka.
Saat menilai kelengkungan ruang-waktu, kita bisa menggambar garis sejajar. Di alam semesta yang datar, garis sejajar akan terus sejajar selamanya. Mereka tidak akan pernah bertemu. Di alam semesta yang tertutup, garis-garis sejajar akhirnya akan berpotongan, dan di alam semesta yang terbuka, jarak antara kedua garis sejajar tersebut akan semakin melebar. Begitu pula, jika kita ingin mengetahui kelengkungan alam semesta kita, kita bisa menggambar garis sejajar yang berlanjut tanpa batas di ruang angkasa. Alat terbaiknya adalah cahaya. Cahaya selalu bergerak lurus. Jika lintasan cahaya melengkung, itu karena ruang tempat cahaya tersebut melintas memang melengkung. Oleh karena itu, dengan mengikuti jalur cahaya di ruang angkasa, kita dapat mengetahui seberapa besar kelengkungan alam semesta dan seberapa datar alam semesta tersebut.
Jika alam semesta memiliki kelengkungan yang sangat sedikit, sulit untuk mengetahui kelengkungan tersebut hanya dengan menggambar garis sejajar sejauh beberapa km saja. Kita perlu menggambarnya lebih jauh lagi untuk mengetahui apakah garis-garis sejajar tersebut benar-benar akan bertemu atau tidak akan pernah bersentuhan selamanya. Oleh karena itu, kita juga harus mengikuti berkas cahaya yang telah menempuh jarak terpanjang dalam waktu yang sangat lama. Ada cahaya terbaik untuk ini. Sebenarnya, ini adalah cahaya tertua dan terjauh yang telah mengalir terus sejak cahaya pertama mulai menyebar di alam semesta sesaat setelah Big Bang, yaitu Radiasi Latar Belakang Kosmik (CMB).
Cahaya ini adalah cahaya primordial yang mulai menyebar ketika alam semesta yang panas dan padat sesaat setelah Big Bang mendingin dan menjadi jernih. Sekitar 380.000 tahun setelah Big Bang, saat suhu alam semesta mendingin di bawah 3.000 derajat, berkas cahaya primordial mulai menyelinap keluar dari sup partikel primitif yang melimpah di alam semesta awal. Seiring berjalannya waktu, panasnya mendingin secara merata dan menyebar ke seluruh penjuru alam semesta sebagai suhu rendah yang samar.
Cahaya ini datang dari segala arah langit. Cahaya tersebut dipancarkan dari semua tempat di alam semesta secara bersamaan dan menyebar secara bersamaan. Jadi, sekilas, CMB tampak seragam dengan sempurna. Suhu yang sangat rendah sebesar 2,7K didistribusikan dengan sangat mulus. Begitulah yang terlihat hingga tahun 2000-an. Namun, saat teleskop luar angkasa naik ke luar angkasa untuk merekam sisa panas Big Bang, terungkap bahwa di dalam CMB yang tampak mulus itu terdapat fluktuasi yang sangat kecil dan tidak rata. Skala fluktuasi itu sangat kecil, hanya pada tingkat 1 per 100.000 derajat. Fluktuasi kecil itu muncul sebagai noda besar dan kecil pada peta CMB.
Ukuran noda CMB berubah tergantung pada kelengkungan alam semesta. Jika alam semesta datar, berkas cahaya yang berangkat dari tepi alam semesta akan terus terbang sejajar selama 13,8 miliar tahun, dan ukuran noda CMB tidak akan berubah. Jika alam semestanya tertutup, berkas cahaya pada akhirnya akan konvergen dan bertemu. Karena kita mempersepsikan cahaya tersebut dengan ekstrapolasi mundur, noda tersebut akan terlihat lebih besar dari aslinya. Sebaliknya, jika alam semestanya terbuka, dua berkas cahaya yang tadinya sejajar akan semakin menjauh. Sama halnya, karena kita melihatnya dengan ekstrapolasi mundur, noda CMB akan terlihat lebih kecil. Dengan memanfaatkan prinsip ini, kita bisa mengetahui apakah kelengkungan alam semesta datar, terbuka, atau tertutup melalui distribusi noda pada CMB.
Dimulai dengan WMAP yang diluncurkan ke luar angkasa pada tahun 2000-an, CMB mulai memberikan jawaban bahwa alam semesta pada dasarnya datar. Meskipun observasi dilakukan selama 9 tahun, peta CMB tetap menunjukkan fakta bahwa alam semesta datar. Namun, satelit Planck yang diluncurkan pada tahun 2009 mulai menimbulkan kontroversi mengenai kelengkungan alam semesta. Dibandingkan dengan WMAP, satelit Planck memiliki resolusi hampir tiga kali lebih tinggi. Ia bisa meneliti fluktuasi dalam skala yang jauh lebih kecil. Dengan menggambar peta CMB menggunakan mata yang lebih tajam, efek-efek detail yang sebelumnya tidak perlu diperhatikan menjadi penting untuk diperhatikan.
Gugus galaksi raksasa di berbagai penjuru alam semesta juga melengkungkan ruang-waktu di sekitarnya. Saat cahaya CMB yang berangkat dari ujung alam semesta terbang menuju kita, lintasan cahayanya tertekuk saat melewati gugus galaksi besar dan kecil. Efek lensa gravitasi lokal yang disebabkan oleh gugus galaksi terjadi. Tentu saja, efek ini sangat kecil dibandingkan dengan efek ruang-waktu seluruh alam semesta. Namun, dengan mata setajam Planck, efek tersebut dapat dideteksi. Yang mengejutkan, peta CMB yang digambar Planck menunjukkan jejak lensa gravitasi yang jauh lebih banyak dari perkiraan. Ada banyak jejak ruang-waktu yang terdistorsi di tempat-tempat yang seharusnya datar. Hal ini disebut sebagai anomali lensa Planck (Planck lensing anomaly).
Bahkan, beberapa astronom berpikir bahwa ini mungkin bukti bahwa alam semesta sebenarnya tidak sepenuhnya datar. Mungkin karena alam semesta sebenarnya sedikit tertutup. Tentu saja, dalam observasi lain seperti DESI dan SDSS yang memetakan distribusi ruang galaksi di seluruh alam semesta, alam semesta tampak datar. Jadi, sulit untuk memastikan apakah alam semesta benar-benar datar atau tertutup. Mungkin alam semesta memang datar, hanya saja jumlah gugus galaksi yang menciptakan lensa gravitasi lebih banyak dari yang diperkirakan.
Baru-baru ini, hasil baru telah dirilis yang menyelesaikan peta CMB di seluruh alam semesta selama 6 tahun menggunakan teleskop radio raksasa di darat. Teleskop tersebut menggunakan Atacama Cosmology Telescope (ACT) di Chili. Melalui teleskop yang berdiri sendirian di ketinggian 5.000 meter di atas permukaan laut ini, polarisasi cahaya CMB diamati secara presisi. Dibandingkan dengan Planck, pengamatan ini bisa dilakukan tiga kali lebih bersih. Polarisasi memberi tahu kita ke arah mana gelombang cahaya berosilasi. Kelengkungan alam semesta juga meninggalkan jejak pada polarisasi cahaya CMB. Lensa gravitasi gugus galaksi tidak hanya membelokkan lintasan cahaya tetapi juga memutar arah getaran cahaya tersebut. Dengan mengamati tingkat puntiran itu, kita bisa mengetahui seberapa sering dan seberapa kuat lensa gravitasi di seluruh alam semesta. Dengan mengurangi efek ini, hanya efek kelengkungan alam semesta itu sendiri yang tersisa.
Pengamatan baru ACT menunjukkan hasil bahwa alam semesta hampir sempurna datar. Jejak lensa gravitasi yang tampaknya lebih banyak ditemukan oleh Planck telah hilang dengan bersih. Alam semesta yang di mata Planck tampak memiliki kelengkungan yang lebih tertutup, di mata ACT tampak sebagai alam semesta yang benar-benar datar. Umat manusia yang sejak lama bimbang apakah Bumi datar atau bulat dan bagaimana cara menggambar peta Bumi, hingga kini masih terus bimbang apakah alam semesta datar atau bulat, sambil membentangkan peta alam semesta yang belum terisi penuh.
Perdebatan tak terduga mengenai kelengkungan alam semesta dan geometri alam semesta ini sering disebut dalam astronomi sebagai ketegangan kelengkungan (curvature tension). Ada berbagai perdebatan dalam astronomi. Hubble tension, dark energy tension, dll…. Curvature tension adalah salah satunya. Sama seperti ketegangan lainnya, kita jelas hidup di satu alam semesta, namun tergantung pada metode dan alat pengamatan, alam semesta terkadang tampak sedikit tertutup dan terkadang tampak datar dengan sempurna. Kita belum tahu salah satu dari keduanya mungkin memberikan informasi yang tidak disengaja atau keliru.
Namun, ada fakta yang tidak boleh diabaikan di sini. ACT bagaimanapun adalah teleskop berbasis darat. Ada batasan pada jangkauan langit yang bisa dilihat dari satu titik tetap di Bumi. Tidak peduli seberapa maksimal kita memindai, ACT hanya bisa melihat hingga 40% dari total area langit, terutama di belahan bumi selatan. Di sisi lain, Planck adalah teleskop yang berada di ruang angkasa. Jadi, ia bisa terus berputar dan memetakan CMB dari semua arah alam semesta.
Jika demikian, kita bisa berimajinasi lebih dramatis lagi. Mungkin hanya di langit belahan bumi selatan yang disasar oleh ACT kelengkungan alam semesta tampak datar, sementara jika dilihat secara keseluruhan, kelengkungannya mungkin tertutup. Dan ini bisa menjadi tantangan lain bagi isotropi alam semesta, yang menyatakan bahwa alam semesta tidak hanya datar tetapi juga tampak sama dari segala arah. Karena ini berarti pernyataan yang lebih mengejutkan bahwa tergantung ke arah mana kita melihat di alam semesta, tidak hanya distribusi dan bentuk struktur skala besar alam semesta yang bisa berubah, tetapi geometri alam semesta itu sendiri juga bisa berubah.
Peran peta tidak hanya berhenti pada kemudahan kita untuk melihat pemandangan dunia tempat kita tinggal. Pada akhirnya, alasan terpenting mengapa kita menggambar peta adalah karena ia berfungsi sebagai penunjuk arah tentang bagaimana kita bisa sampai ke tujuan yang ingin kita tuju.
Referensi
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1475-7516/2025/11/063
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1475-7516/2025/11/061
Siapakah penulis Ji Woong-bae? Ia mencintai kucing dan alam semesta. Sejak kecil, setelah menonton 'Galaxy Express 999', ia bermimpi untuk menyebarkan keindahan alam semesta. Saat ini, ia bekerja sebagai asisten profesor di Fakultas Studi Liberal Universitas Sejong, melakukan berbagai kegiatan komunikasi sains seperti ceramah dan penulisan. Ia telah menulis buku seperti ‘Tentang Ketidakbergunaan Astronom’, ‘Kita Semua Terlahir sebagai Astronom’, dan ‘Pertanyaan Aneh yang Muncul Saat Melihat Alam Semesta’, serta menerjemahkan buku-buku seperti ‘Bagaimana Saya Membunuh Pluto’, ‘Quantum Life’, dan ‘UFO’.