Pengembangan Alam Semesta

Teori yang diterima secara luas tentang asal-usul dan evolusi alam semesta kita adalah model Big Bang, yang menyatakan bahwa alam semesta berawal dari sebuah titik yang sangat padat dan sangat panas sekitar 13,82 miliar tahun yang lalu. Jadi, bagaimana alam semesta menjadi sangat besar seperti saat ini dari keadaannya yang hanya sebuah fraksi yang sangat kecil (beberapa milimeter) di masa lalunya?

Bagaimana Semuanya Berawal

Big Bang bukanlah ledakan dalam ruang! Inilah yang harus kita camkan. Sebaliknya, Big Bang adalah awal dari ruang dan bahkan waktu yang ada di alam semesta.

Kosmolog tidak yakin apa yang terjadi sebelum Big Bang, tapi dengan misi teleskop ruang angkasa yang canggih, bersama teleskop-teleskop yang ada di bumi serta perhitungan yang rumit, para ilmuwan telah bekerja untuk melukis gambaran yang lebih jelas dari alam semesta awal dan pembentukannya.

Bagian penting dari usaha ini berasal dari pengamatan latar belakang gelombang mikro kosmik, yang berisi sisa-sisa cahaya dan radiasi yang tersisa dari Big Bang. Peninggalan Big Bang ini meliputi alam semesta dan terlihat oleh detektor microwave, yang memungkinkan para ilmuwan untuk menyusun petunjuk dari alam semesta awal.

Pada tahun 2001, NASA meluncurkan Microwave Anisotropy Probe misi Wilkinson (WMAP) untuk mempelajari kondisi saat mereka ada di alam semesta awal dengan mengukur radiasi dari latar belakang gelombang mikro kosmik. Di antara penemuan lainnya, WMAP mampu menentukan umur alam semesta - berusia sekitar 13,7 miliar tahun. Sedangkan Planck yang diluncurkan ESA tahun 2009 memberikan hasil yang lebih rinci yaitu umur alam semesta sekitar 13,82 miliar tahun

Alam Semesta Awal Pertumbuhannya sangat sangat Cepat

Ketika alam semesta masih sangat muda - sekitar 10^-42 detik  - ia mengalami percepatan pertumbuhan yang luar biasa, sehingga digambarkan seperti ledakan yang sangat besar atau big bang. Selama ekspansi ledakan ini, yang dikenal sebagai inflasi, alam semesta tumbuh secara eksponensial dan melipat-gandakan ukurannya setidaknya 90 kali.

"Alam semesta terus mengembang, dan karena pengembangannya ini, alam semesta mendingin dan menjadi kurang padat.

Setelah inflasi, alam semesta terus tumbuh, tetapi pada tingkat yang lebih lambat. Seiring mengembangnya ruang, alam semesta mendingin dan materi terbentuk.

Terlalu Panas untuk Bersinar

Unsur-unsur ringan mulai tercipta dalam tiga menit pertama pembentukan alam semesta. Ketika alam semesta mengembang, suhu terdinginkan, dan proton serta neutron bertabrakan membentuk deuterium, yang merupakan isotop hidrogen. Sebagian besar deuterium ini bergabung untuk membentuk helium.

Selama 380.000 tahun pertama setelah Big Bang, bagaimanapun, panas yang intens dari penciptaan alam semesta membuatnya terlalu panas bagi cahaya untuk bersinar. Atom-atom saling bertabrakan dengan kekuatan yang cukup untuk memecah menjadi plasma buram proton, neutron dan elektron yang tersebar ringan seperti kabut.

Dan Terciptalah Cahaya

Sekitar 380.000 tahun setelah Big Bang, materi telah cukup terdinginkan bagi elektron untuk bergabung dengan inti membentuk atom netral. Fase ini dikenal sebagai "rekombinasi" dan penyerapan elektron bebas menyebabkan alam semesta menjadi transparan. Cahaya yang dilepaskan pada saat ini dapat dideteksi saat ini dalam bentuk radiasi dari latar belakang gelombang mikro kosmik.

Namun, era rekombinasi diikuti oleh periode kegelapan sebelum bintang-bintang dan benda-benda terang lainnya terbentuk.

Era Kegelapan Kosmik

Setelah emisi Microwave Cosmic Background, atau CMB, alam semesta utamanya terdiri dari gas netral.

Ada daerah padat, dengan tarikan gravitasi sedikit lebih daripada daerah kurang padat. Tarikan gravitasi ekstra ini berarti bahwa wilayah tersebut lebih banyak materi, dan menjadi semakin padat. Seiring daerah ini menjadi lebih padat, maka daerah ini juga mendapat sedikit panas, tetapi belum cukup panas untuk memulai membentuk apapun.

Selain ini, alam semesta pada era ini adalah tempat yang cukup membosankan, dengan tidak ada yang sangat menarik terjadi. Hidrogen netral hanya bersinar sangat samar-samar dalam gelombang radio. Percobaan berikutnya akan berharap untuk memetakan hidrogen netral di alam semesta awal.

Muncul dari Era Kegelapan Kosmik

Sekitar 400 juta tahun setelah Big Bang, alam semesta mulai keluar dari kegelapan. Periode ini dalam evolusi alam semesta disebut era re-ionisasi.

Fase dinamis ini dianggap berlangsung lebih dari setengah miliar tahun, namun berdasarkan pengamatan baru, ilmuwan berpikir ulang ionisasi mungkin terjadi lebih cepat daripada yang diperkirakan sebelumnya.

Selama masa ini, gumpalan gas yang runtuh cukup untuk membentuk bintang-bintang pertama dan galaksi. Cahaya ultraviolet yang dipancarkan dari peristiwa energetik ini menghapus dan menghancurkan sebagian besar gas hidrogen netral sekitarnya. Proses re-ionisasi, ditambah pembersihan kabut gas hidrogen, menyebabkan alam semesta menjadi transparan terhadap sinar ultraviolet untuk pertama kalinya.

Lebih Banyak Bintang dan Lebih Banyak Galaksi

Para astronom menyisir alam semesta mencari galaksi yang paling jauh dan paling tua untuk membantu mereka memahami sifat-sifat alam semesta awal. Demikian pula, dengan mempelajari latar belakang gelombang mikro kosmik, para astronom dapat menyusun kronologi peristiwa-peristiwa yang terjadi sebelumnya.

Data dari misi yang lebih tua seperti WMAP dan Cosmic Background Explorer (COBE), yang diluncurkan pada tahun 1989, dan misi yang masih beroperasi, seperti Hubble Space Telescope, yang diluncurkan pada tahun 1990, serta yang terbaru dari Planck yang diluncurkan tahun 2009, semuanya membantu ilmuwan untuk mencoba memecahkan misteri yang paling abadi dan menjawab pertanyaan yang paling diperdebatkan dalam kosmologi.

Kelahiran Tata Surya Kita

Tata surya kita diperkirakan telah lahir sedikitnya setelah 9 miliar tahun setelah Big Bang, sehingga berusia sekitar 4,6 miliar tahun. Menurut perkiraan saat ini, matahari adalah salah satu dari lebih 100 miliar bintang di Galaksi Bima Sakti, galaksi kita sendiri, dan mengorbit sekitar 25.000 tahun cahaya jauhnya dari inti galaksi.

Banyak ilmuwan berpikir bahwa matahari dan tata surya kita terbentuk dari awan gas dan debu raksasa yang berputar yang dikenal sebagai nebula surya. Seiring gravitasi membuat nebula menuju keruntuhan, awan gas dan debu raksasa itupun berputar lebih cepat dan ter-ratakan menjadi berbentuk cakram/disk. Selama fase ini, sebagian besar material ditarik ke tengah disk untuk membentuk matahari.

Yang Tak Terlihat di Alam Semesta

Pada tahun 1960 dan 1970-an, astronom mulai berpikir bahwa mungkin ada lebih banyak massa di alam semesta daripada apa yang terlihat. Vera Rubin, seorang astronom di Carnegie Institution of Washington, mengamati kecepatan bintang di berbagai lokasi di galaksi.

Berdasarkan Fisika nya Newton, seharusnya bintang-bintang yang berada di pinggiran galaksi akan mengorbit lebih lambat daripada bintang-bintang yang berada di dekat pusat galaksi. Namun Rubin tidak menemukan perbedaan kecepatan bintang yang signifikan antara bintang-bintang yang berada di tepi dan di dekat pusat galaksi. Bahkan, ia menemukan bahwa semua bintang di galaksi tampaknya mengelilingi pusat galaksi dengan kecepatan yang kurang lebih sama.

Massa misterius tak terlihat ini kemudian dikenal sebagai materi gelap. Materi gelap diperkirakan keberadaannya karena tarikan efek gravitasinya dapat dilihat pada material normal. Satu hipotesis menyatakan materi gelap dibentuk oleh partikel-partikel eksotis yang tidak berinteraksi dengan materi normal selain lewat gravitasi, yang membuatnya begitu sulit untuk dideteksi.

Materi gelap diduga membentuk 24 persen dari alam semesta. Sebagai perbandingan, materi normal hanya kurang dari 5 persen di alam semesta, yang meliputi bintang, planet dan obyek-obyek ruang angkasa yang dapat dilihat lainnya.

Alam Semesta yang Mengembang dan Dipercepat

Pada tahun 1920, astronom Edwin Hubble membuat penemuan revolusioner tentang alam semesta. Menggunakan teleskop yang baru dibangun di Observatorium Mount Wilson di Los Angeles, Hubble mengamati bahwa alam semesta tidak statis, melainkan mengembang.

Puluhan tahun kemudian, pada tahun 1998, teleskop ruang angkasa yang diberi nama sesuai dengan nama astronom terkenal, Teleskop Ruang Angkasa Hubble, mempelajari supernova yang sangat jauh dan menemukan bahwa, dimasa lalu, alam semesta mengembang lebih lambat dari saat ini. Penemuan ini mengejutkan karena selama ini (sebelum penemuan) diperkirakan bahwa gravitasi dari materi-materi di alam semesta akan memperlambat ekspansi, atau bahkan menyebabkan alam semesta mengerut atau berkontraksi.

Energi gelap diperkirakan menjadi kekuatan aneh yang menarik kosmos terpisah dengan kecepatan yang terus meningkat, tetapi energi ini tetap tidak terdeteksi dan masih diselimuti misteri. Keberadaan energi ini sulit dipahami, namun penyusun alam semesta 73 persennya adalah energi gelap, sehingga menyebabkannya menjadi salah satu topik yang paling hangat diperdebatkan dalam kosmologi.

Masih Banyak Yang Belum Diketahui

meskipun banyak yang telah ditemukan tentang penciptaan dan evolusi alam semesta, ada pertanyaan abadi yang tetap belum terjawab. Materi gelap dan energi gelap tetap menjadi dua misteri terbesar, tapi kosmolog terus menyelidiki alam semesta dengan harapan pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana semuanya dimulai.

Dan apakah orang-orang yang kafir tidak mengetahui bahwasannya langit dan bumi itu keduanya dahulu adalah suatu yang padu, kemudian Kami pisahkan antara keduanya. Dan dari air Kami jadikan segala sesuatu yang hidup. Maka mengapakah mereka tiada juga beriman? (QS 21:30)


Dan langit itu Kami bangun dengan kekuasaan (Kami) dan sesungguhnya Kami benar-benar meluaskan (mengembangkan) nya (QS 51:47)