Alam Semesta Mengembang Lebih Cepat dari yang Diduga

Para astronom dibuat bingung oleh bukti baru-baru ini bahwa alam semesta mengembang pada tingkat yang berbeda sepanjang hidupnya. Temuan baru berisiko mengubah ketegangan menjadi krisis dalam bidang kosmologi.

Ketegangan Hubble yang telah lama ada semakin menegang dengan pengukuran baru. hasil pengamatan mengungkap alam semesta mengembang lebih cepat daripada yang dapat dijelaskan oleh pemahaman ilmuwan dengan ilmu fisika yang membuat kosmologi berada dalam krisis yang semakin besar.

Pemicunya adalah pengamatan, yang pertama kali dilakukan oleh Teleskop Luar Angkasa Hubble dan kemudian diikuti oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST). Hasil pengamatan teleskop terbaru NASA itu mengatakan alam semesta mengembang pada tingkat yang berbeda tergantung pada tempat para astronom mengamati.

Sekarang, hasil baru menggunakan gugus galaksi di halaman belakang kosmik Galaksi Bima Sakti sendiri telah semakin mengonfirmasi perbedaan tersebut, yang membuka kosmologi untuk penulisan ulang yang besar. Para peneliti menerbitkan temuan mereka pada tanggal 15 Januari 2024 di The Astrophysical Journal Letters.

“Ketegangan kini berubah menjadi krisis,” kata penulis utama Dan Scolnic, seorang profesor fisika di Universitas Duke, dalam sebuah pernyataan. “Ini berarti, dalam beberapa hal, bahwa model kosmologi kita mungkin telah rusak,” kata dia dikutip dari Live Science.

Ada dua metode standar emas untuk menghitung konstanta Hubble nilai yang mengukur kecepatan perluasan alam semesta. Yang pertama diambil dengan mengukur fluktuasi kecil dalam latar belakang gelombang mikro kosmik (cosmic microwave background/CMB) potret kuno cahaya pertama alam semesta yang terkandung dalam gelombang mikro statis yang dihasilkan hanya 380.000 tahun setelah Big Bang.

Metode kedua beroperasi pada jarak yang lebih dekat (dalam kehidupan alam semesta selanjutnya) menggunakan bintang-bintang yang berdenyut yang disebut variabel Cepheid. Bintang-bintang Cepheid perlahan-lahan mati, dan lapisan luar gas heliumnya tumbuh dan menyusut saat menyerap dan melepaskan radiasi, membuatnya berkedip seperti lampu sinyal yang jauh.

Saat Cepheid semakin terang, mereka berdenyut lebih lambat, memungkinkan para astronom untuk mengukur kecerahan intrinsik bintang-bintang. Dengan membandingkan kecerahan bintang yang sebenarnya dengan kecerahan yang diamati dari Bumi dan menggunakan supernova Tipe Ia sebagai jangkar. Supernova jenis ini meledak dengan luminositas yang sama di mana-mana.

Para astronom dapat merangkai pembacaan Cepheid menjadi “tangga jarak kosmik” untuk mengintip lebih dalam ke masa lalu alam semesta. Namun di sinilah masalah dimulai. Dengan menggunakan satelit Planck milik Badan Antariksa Eropa (ESA) untuk mengukur CMB, para kosmolog memperoleh konstanta Hubble sekitar 67 kilometer per detik per megaparsec (km/s/Mpc).

Hasil ini, bersama dengan pengukuran lain dari alam semesta awal, selaras dengan prediksi yang dibuat oleh model standar kosmologi. Namun, hal itu dengan cepat dibantah oleh pengukuran tangga jarak Cepheid yang mengungkapkan laju ekspansi 73 km/s/Mpc nilai yang jauh di luar rentang kesalahan pengukuran Planck, dan indikasi yang jelas bahwa alam semesta mengembang jauh lebih cepat daripada yang diizinkan oleh teori.

Para astronom telah memberi berbagai penjelasan tentang penyebab ketidaksepakatan tersebut, dengan beberapa mencoba mengungkap kemungkinan kesalahan sistematis dalam hasil tersebut. Sementara itu, yang lain semakin mempererat ketegangan dengan pengukuran tangga jarak yang semakin tepat.

Untuk menyelidiki ketegangan lebih lanjut, tim di balik studi baru tersebut menggunakan tangga jarak yang dibuat dengan data yang diambil dari Dark Energy Spectroscopy Instrument (DESI). Data dari alat ini menunjukkan posisi bulanan jutaan galaksi untuk mempelajari bagaimana alam semesta mengembang hingga saat ini.

Namun, sementara data DESI asli menghasilkan hasil yang sama meresahkannya untuk model standar kosmologi konstanta Hubble sebesar 76,05 km/s/Mpc, bahkan lebih jauh di luar rentang kesalahan pengukuran Planck ketidakpastian atas jarak ke anak tangga pertama di gugus galaksi Coma di dekatnya mengaburkan temuan tersebut.

“Kolaborasi DESI melakukan bagian yang sangat sulit, tangga mereka kehilangan anak tangga pertama,” kata Scolnic. “Saya tahu cara mendapatkannya, dan saya tahu bahwa itu akan memberi kita salah satu pengukuran konstanta Hubble yang paling tepat yang bisa kita dapatkan, jadi ketika makalah mereka keluar, saya benar-benar meninggalkan semuanya dan mengerjakan ini tanpa henti,” imbuhnya.

Untuk memperkuat estimasi DESI, Scolnic dan timnya mempelajari 12 supernova Tipe Ia yang tersebar di gugus Coma. Mereka menemukan bahwa gugus tersebut terletak sekitar 320 juta tahun cahaya dari Bumi sebuah estimasi yang gagal di tengah pengukuran sebelumnya yang dilakukan dalam setengah abad terakhir.

Dengan anak tangga pertamanya yang lebih kokoh, tangga jarak yang diperbarui menghasilkan hasil 76,5 km/s/Mpc, yang selanjutnya mengonfirmasi ketegangan dan potensinya untuk membatalkan model standar kosmologi. Namun, apa yang dapat menggantikan atau memodifikasi teori berusia 40 tahun tersebut masih belum jelas.

“Kita berada di titik di mana kita benar-benar mendesak model yang telah kita gunakan selama dua setengah dekade, dan kita melihat bahwa banyak hal tidak sesuai,” ujar Scolnic.

“Ini mungkin membentuk kembali cara kita berpikir tentang Alam Semesta, dan ini mengasyikkan! Masih ada kejutan yang tersisa dalam kosmologi, dan siapa tahu penemuan apa yang akan datang selanjutnya?” lanjutnya.  hay