Informasi Berharga untuk Menjawab Berbagai Pertanyaan Fundamental

PERIODE sekitar 370.000 tahun sejak kelahiran alam semesta, hingga sekitar beberapa ratus juta tahun, disebut Zaman Kegelapan Kosmik. Bintang dan galaksi pertama belum terbentuk, dan sebagian besar atom di Alam Semesta merupakan atom hidrogen netral.

Akhir Zaman Kegelapan Kosmik ditandai oleh fajar kosmik, ketika bintang dan galaksi pertama terbentuk di Alam Semesta. Mengamati secara langsung periode ini merupakan “batas akhir” survei di bidang kosmologi saat ini.

Sebagaimana dijelaskan dalam tinjauan baru oleh Dr. Hamsa Padmanabhan, seorang fisikawan teoretis di Collaboratrice Scientifique II dan peneliti utama Hibah Ambizione dari Yayasan Sains Nasional Swiss (SNSF) di Université de Genève, kemampuan untuk melihat fajar kosmik mampu memberikan jawaban atas beberapa pertanyaan terbuka terbesar dalam fisika dan astronomi saat ini.

Fajar kosmik menandai dimulainya periode yang dikenal sebagai “Reionisasi,” ketika cahaya dari bintang-bintang pertama mengubah hidrogen netral di Alam Semesta kembali menjadi proton dan elektron. Reionisasi Kosmik diyakini berakhir sekitar 1 miliar tahun setelah Dentuman Besar atau Big Bang.

Mengamati periode ini menantang karena sulitnya mendeteksi sinyal yang sangat redup yang berasal dari hidrogen, unsur paling melimpah. Pilihan terbaik adalah mencari sinyal yang dipancarkan oleh atom hidrogen dalam gelombang radio, yang cukup lemah. Misalnya, sinyal dari fajar kosmik terkontaminasi oleh sinyal yang sama yang dihasilkan galaksi Bima Sakti, yang setidaknya sepuluh ribu hingga seratus ribu kali lebih terang.

Namun, akses ke periode ini juga memberi kita informasi terbanyak yang pernah dimiliki tentang Alam Semesta. Lebih dari 90 persen materi biasa berada di zaman-zaman Alam Semesta ini, menyediakan akses ke konten informasi setidaknya 10.000-100.000 kali lebih banyak daripada yang tersedia dalam survei saat ini. Informasi berharga ini sangat penting untuk menguji berbagai teori Fisika Fundamental, terutama yang berada di luar model standar kosmologi. Contohnya termasuk model nonstandar Materi gelap, modifikasi relativitas umum Albert Einstein, dan petunjuk tentang sifat sepersejuta detik pertama evolusi Alam Semesta.

Beberapa misi di seluruh gelombang radio, inframerah, dan cahaya tampak sedang berjalan (atau dalam tahap akhir pengembangan) yang bertujuan untuk mendeteksi sinyal yang sangat redup dari Fajar Kosmik dan Reionisasi.

Misi-misi tersebut di antaranya Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST), Square Kilometer Array (SKA), Carbon MonOxide Mapping Array Project (COMAP), dan Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

ALMA, misalnya, mendeteksi galaksi dalam emisinya dari karbon terionisasi tunggal, yang dikenal sebagai [CII] dan oksigen terionisasi ganda, yang dikenal sebagai [OIII]. Keduanya merupakan wahana yang sangat menarik dalam pembentukan bintang. Menggabungkan hasil berbagai eksperimen dengan cara ini disebut pandangan multi-messenger, yang juga mencakup perolehan wawasan dari sinyal gelombang gravitasi dari lubang hitam pertama di Alam Semesta. hay