Seberapa Luas Alam Semesta Kita?

Apakah kamu pernah bertanya-tanya seberapa luas alam semesta kita? Cukup luas, sangat luas, atau jangan-jangan luasnya tak terhingga? Pertanyaan ini merupakan pertanyaan besar yang dihadapi oleh para astronom pada awal abad ke-20. Meskipun terdengar sebagai sebuah pertanyaan sederhana, diperlukan penelitian yang mendalam untuk dapat menemukan jawaban yang sebenarnya.

Debat Besar

“Mari kita berbicara tentang ukuran alam semesta,” ujar astronom Amerika yang bernama Harlow Shapley dalam membuka presentasinya. Pada saat itu, Shapley sedang menjadi pembicara dalam konferensi yang terkenal sebagai “Debat Besar” di Washington DC pada tahun 1920. Di tempat itu juga turut hadir Heber Curtis yang merupakan lawan debat Shapley. Shapley meyakini bahwa galaksi Bima Sakti berukuran 300.000 tahun cahaya. Ukuran ini sebenarnya tiga kali lebih besar daripada ukuran yang kita ketahui saat ini. Namun, pada masa Shapley, pengukuran tersebut tergolong cukup presisi.

Pada awal abad ke-20, memang telah diketahui bahwa galaksi Bima Sakti merupakan galaksi spiral. Hal yang aneh adalah bagaimana mungkin galaksi spiral bisa berukuran sebesar itu. Terlebih lagi Shapley berargumen bahwa alam semesta kita sepenuhnya hanya diisi oleh galaksi Bima Sakti. Argumen inilah yang memicu ketidaksetujuan Curtis. Curtis berpendapat bahwa Bima Sakti bukan satu-satunya galaksi di alam semesta. Ada banyak galaksi yang bahkan lebih besar dari Bima Sakti yang tersebar di alam semesta. Lebih jauh lagi, Curtis menyampaikan hasil perhitungannya bahwa ukuran Bima Sakti sebenarnya hanya 30.000 tahun cahaya. Sayangnya, hasil ini ternyata tidak tepat, jauh lebih kecil dari hasil perhitungan di masa modern yang kita ketahui, yaitu tiga kali lipatnya.

Harlow ShapleyHarlow Shapley dan Heber Curtis.
Sumber: Image

Ketika kita berbicara kesalahan pengukuran yang mencapai tiga kali lebih besar atau lebih kecil, sangatlah wajar jika para astronom saat itu memiliki gambaran yang salah tentang ukuran Bima Sakti yang sebenarnya. Saat ini, kita tahu bahwa diameter Bima Sakti yang sebenarnya adalah sekitar 100.000 sampai 150.000 tahun cahaya. Sedangkan ukuran alam semesta yang teramati jauh lebih besar, dengan diameter sekitar 93 miliar tahun cahaya. Tapi, bagaimana kita bisa yakin? Bagaimana cara astronom untuk mengukur jarak sebesar itu hanya dari Bumi?

Tangga Jarak Kosmik

Untuk dapat mengukur jarak di alam semesta, para astronom telah mengembangkan berbagai macam metode yang dikenal dengan istilah “tangga jarak kosmik”. Anak tangga pertama dari tangga tersebut cukup mudah digunakan dengan adanya teknologi modern saat ini. Kita dapat memanfaatkan pantulan gelombang radio yang kita kirim ke planet-planet dekat seperti Venus dan Mars. Ya, ini merupakan prinsip yang sama seperti ketika kita menggunakan radar. Dengan mengukur waktu yang diperlukan sinyal dari mulai dipancarkan hingga pantulannya diterima, kita dapat mengetahui jarak ke planet-planet tersebut secara akurat. Teleskop radio besar seperti Arecibo di Puerto Rico dapat melakukan pengukuran tersebut. Bahkan teleskop tersebut juga bisa mendeteksi dan mengukur jarak asteroid-asteroid yang berkelana di Tata Surya.

Tangga jarak kosmikTangga jarak kosmik.
Sumber: Image

Namun, menggunakan gelombang radio untuk mengukur jarak di luar Tata Surya tidaklah praktis. Anak tangga berikutnya yang dapat digunakan adalah paralaks. Metode ini sebenarnya telah diterapkan dalam kehidupan kita sehari-hari. Manusia menyadari jarak antara dirinya dengan benda di sekitarnya karena memiliki dua mata. Jika kamu meletakkan suatu benda – misal jari telunjukmu – di depan wajahmu dan melihatnya dengan mata kananmu saja, kemudian kamu melihatnya lagi dengan mata kirimu, kamu akan merasa bahwa jarimu seakan-akan bergeser. Inilah yang disebut sebagai paralaks. Pergeseran semu tersebut dapat digunakan untuk mengukur jarak benda. Otak kita dapat melakukannya secara otomatis dari informasi yang diberikan kedua mata kita. Para astronom melakukan hal yang sama untuk mengukur jarak bintang-bintang dengan menggunakan teleskop.

Metode paralaks yang digunakan para astronom memanfaatkan pergerakan Bumi mengelilingi Matahari. Sebagai contoh, jika mereka mengukur posisi bintang di langit pada bulan Januari, lalu enam bulan kemudian (pada bulan Juli) mereka mengukur lagi posisi bintang tersebut, mereka dapat menentukan besarnya sudut paralaks yang terbentuk oleh pergeseran semu bintang yang sedang ditinjau. Sudut paralaks ini dapat digunakan untuk menghitung jarak ke bintang tersebut. Sayangnya metode paralaks hanya akurat untuk mengukur bintang-bintang dengan jarak tertentu saja. Contohnya pengukuran paralaks oleh satelit Hipparcos hanya akurat untuk bintang dengan jarak kurang dari 200 parsek. Hal ini karena semakin jauh jarak bintang, semakin kecil pula sudut paralaks yang terbentuk dari pergeserannya.

Metode paralaksMetode paralaks. Suatu bintang terlihat bergeser di langit relatif terhadap bintang-bintang yang jauh
karena pergerakan Bumi mengelilingi Matahari.
Sumber:
Image

Teknik berikutnya yang dapat digunakan adalah “main sequence fitting” atau fitting bintang deret utama. Teknik ini bergantung pada pengetahuan tentang hubungan antara ukuran dan kecerlangan bintang-bintang deret utama. Dengan mengukur warna dan magnitudo suatu bintang, kemudian membandingkannya dengan bintang-bintang deret utama yang jaraknya telah diukur dengan menggunakan paralaks, kita dapat mengestimasi jarak bintang tersebut. Prinsip yang digunakan dalam teknik ini adalah bintang dengan massa dan umur yang sama seharusnya memiliki kecerlangan yang sama. Artinya semakin redup suatu bintang deret utama, mungkin semakin jauh pula posisinya dari kita dan sebaliknya.

Lilin Penentu Jarak

Bintang-bintang deret utama yang digunakan dalam main sequence fitting termasuk dalam salah satu tipe lilin penentu jarak. Artinya, jarak bintang dapat dihitung secara akurat dengan cara mengukur magnitudo bintang tersebut. Sayangnya, metode ini pun sulit untuk digunakan jika ingin mengukur jarak antargalaksi. Bintang-bintang deret utama yang letaknya di luar Bima Sakti biasanya sangat redup dan sulit untuk diamati secara akurat. Pada tahun 1908, astronom wanita bernama Henrietta Swan Leavitt menemukan tipe bintang lain yang dapat digunakan sebagai lilin penentu jarak. Bintang ini disebut dengan bintang variabel Cepheid. Bintang ini disebut variabel karena berpulsasi/berdenyut sehingga kecerlangannya berubah-ubah – kadang terang, kadang redup. Cepheid yang terang cenderung berpulsasi lebih lambat, sementara yang lebih redup berpulsasi lebih cepat. Karena waktu pulsasi Cepheid dapat diukur dengan mudah, astronom dapat menghitung kecerlangan Cepheid tersebut. Dari kecerlangan dapat ditentukan jarak sebenarnya bintang tersebut dari kita. Pada tahun 1920, Edwin Hubble mendeteksi Cepheid di galaksi Andromeda dan menemukan bahwa jarak galaksi tersebut sekitar jutaan tahun cahaya. Saat ini diketahui bahwa jarak kita ke Andromeda adalah 2,54 juta tahun cahaya.

Pengukuran Hubble tidak berhenti sampai di situ. Hubble juga mengukur kecerlangan bintang katai putih yang meledak menjadi supernova tipe Ia. Supernova merupakan peristiwa ledakan bintang yang sangat terang. Supernove tipe Ia adalah supernova yang terbentuk dari sistem bintang ganda katai putih dan bintang normal yang melewati limit Chandrasekhar. Saking terangnya bahkan dapat diamati pada galaksi yang jauhnya miliaran tahun cahaya. Kecerlangan tersebut dapat digunakan untuk mengukur besarnya jarak ke supernova tersebut.

Contoh bintang variabel cepheidContoh bintang variabel Cepheid di galaksi Andromeda.
Sumber: Image

Metode lain yang digunakan untuk mengukur jarak galaksi-galaksi yang lebih jauh lagi adalah dengan mengukur redshift ­– pergeseran merah. Redshift berkaitan dengan efek Doppler yang bisa dijelaskan seperti saat kamu mendengar sirene mobil polisi atau ambulans yang lewat di dekatmu. Ketika ambulans mendekatimu, frekuensi suara sirene terdengar semakin tinggi dan kemudian ketika ambulans menjauhimu frekuensi suaranya terdengar semakin rendah. Hal yang sama terjadi pada gelombang cahaya. Kita dapat meneliti perubahannya dengan menganalisis spektrum objek-objek jauh (misal bintang atau galaksi). Spektrum ini biasanya memiliki garis-garis gelap karena cahaya pada panjang gelombang tertentu diserap oleh elemen-elemen kimia di dalam atau luar objek ersebut.

Semakin jauh jarak objek tersebut dari kita, maka garis-garis gelapnya bergeser ke arah spektrum yang lebih merah. Hubble menganalisis spektrum galaksi-galaksi di luar Bima Sakti dan menemukan bahwa mayoritas galaksi tersebut mengalami redshift. Semakin jauh suatu galaksi, semakin besar pula redshift-nya. Hal ini terjadi bukan hanya karena letak objek tersebut jauh dari kita, tetapi juga karena objek tersebut memang menjauhi kita seiring dengan berjalannya waktu. Penemuan Hubble tersebut membuktikan bahwa alam semesta yang kita huni sebenarnya tidak diam melainkan mengembang. Dengan mengembangnya alam semesta, setiap galaksi bergerak saling menjauhi satu sama lain.

Supernova tipe IA di galaksi PinwheelSupernova tipe IA (ditunjukkan oleh tanda panah) di galaksi Pinwheel.
Sumber: Image

Saat ini, para astronom telah menemukan bahwa spektrum objek yang redshift-nya paling besar berasal dari cahaya yang telah berumur 13,8 miliar tahun. Karena cahaya ini umurnya paling tua dan berasal dari tempat yang sangat jauh, cahaya tersebut dapat digunakan untuk mengukur umur alam semesta. Tetapi, selama waktu 13,8 miliar tahun tersebut alam semesta juga tetap mengembang dengan cepat. Dengan perhitungan yang lebih teliti, para astronom memperkirakan bahwa cahaya berumur 13,8 miliar tahun tersebut berasal dari tempat yang sekarang jaraknya 46,5 miliar tahun cahaya dari kita. Dengan demikian diameter alam semesta yang teramati sekitar dua kali jarak dari kita ke objek paling jauh tersebut, yaitu 93 miliar tahun cahaya.

Lokasi kita di alam semesta luasLokasi kita di alam semesta.
Sumber: Image

Para astronom meyakini bahwa ukuran alam semesta yang teramati adalah sekitar 93 miliar tahun cahaya karena bisa mengamati cahaya yang berasal dari pinggir alam semesta yang teramati. Bagaimana dengan bagian alam semesta yang tidak teramati? Pertanyaan ini sulit untuk dijawab karena memang kita tidak bisa mengamatinya akibat tidak ada cahaya yang datang dari tempat tersebut. Kita membutuhkan metode lain untuk bisa mengukur bagian yang tidak teramati tersebut. Perlu kamu ketahui pula bahwa angka 93 miliar tahun cahaya merupakan estimasi kasar. Angka yang lebih akurat hanya bisa ditentukan ketika misteri lain tentang alam semesta kita sudah terjawab. Contohnya apakah alam semesta kita ini terbatas atau tidak terbatas serta seperti apa bentuk alam semesta kita yang sesungguhnya? Tetapi paling tidak sekarang kita telah mengetahui bahwa kita sangatlah kecil jika dibandingkan dengan luasnya alam semesta.

Referensi:

  1. http://www.bbc.com/earth/story/20160610-it-took-centuries-but-we-now-know-the-size-of-the-universe
  2. https://apod.nasa.gov/htmltest/gifcity/cs_real.html
  3. http://astronomy.nmsu.edu/geas/lectures/lecture27/slide01.html
  4. https://terrytao.files.wordpress.com/2010/10/cosmic-distance-ladder.pdf
  5. http://www.atnf.csiro.au/outreach/education/senior/astrophysics/variable_cepheids.html

Penulis: Irham Taufik Andika
Editor: Fenyka Ariana Jeanuarieke

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s