Menentukan Kembali Umur Alam Semesta

Sejak Dentuman Besar (Big Bang) terjadi, alam semesta terus berkembang segarah arah dengan kecepatan tinggi. Jarak titik terjauh di alam semesta diperkirakan mencapai 46 miliar tahun cahaya atau 540 sektilion mil atau 540 dengan 22 angka nol di belakangnya.

Angka tersebut bukan pasti. Sebab ilmuwan hanya dapat melihat radiasi gelombang mikro yang dikeluarkan Big Bang telah bergerak sejak alam semesta dimulai. Sejak alam semesta meledak diperkirakan sekitar 13,8 miliar tahun yang lalu, sejak saat itu, alam semesta terus mengembang.

Untuk menghitung perluasan alam semesta, rumus yang digunakan para astronom dikenal sebagai Konstanta Hubble (KH). Konstanta sendiri artinya bilangan tetap. "Ini adalah ukuran seberapa cepat alam semesta berkembang pada saat ini," kata astrofisikawan Universitas Chicago, Wendy Freedman, kepada BBC.

Freedman yang menghabiskan karir untuk mengukur jarak dan umur alam semesta, mengatakan, "Konstanta Hubble menentukan skala alam semesta baik ukuran maupun usianya."

Menurut Freedman, meski terdapat hasil pengukuran berbeda, para ilmuwan sekarang percaya bahwa mereka mendekati jawaban yang lebih maksimal. Alasannya, sebagian besar berkat eksperimen dan pengamatan baru untuk mengetahui dengan tepat tentang KH.

"Yang kita hadapi sebagai kosmolog adalah tantangan teknik, bagaimana kita mengukur kuantitas ini dengan tepat dan seakurat mungkin," kata astronom Universitas Princeton, Rachael Beaton.

Akurasi tidak hanya membutuhkan perolehan data untuk mengukurnya, tetapi juga melakukan pengecekan silang pengukuran dengan sebanyak mungkin cara. "Dari sudut pandang saya sebagai ilmuwan, ini lebih terasa seperti menyusun teka-teki daripada berada di dalam misteri gaya novelis Agatha Christie," ujar dia.

Pengukuran KH pertama kali dilakukan pada 1929 oleh Edwin Hubble. Ia menetapkan konstanta 500 km per detik per megaparsec (km/detik/Mpc). Nilai tersebut berarti dalam setiap megaparsec atau satuan jarak yang setara dengan 3,26 juta tahun cahaya, galaksi yang dilihat pergi menjauh dari pengamat pada kecepatan 500 km per detik per Mpc.

Pada proses menjauhnya galaksi dari pandangan terdapat dua gaya yang bersaing tarik menarik. Tarikan gravitasi dan dorongan keluar turut berperan dalam proses perkembangan alam semesta.

Lebih dari seabad sejak perkiraan pertama Hubble untuk laju ekspansi kosmik, angka itu telah direvisi turun berkali-kali. Perkiraan saat ini menyebutkannya kecepatan galaksi yang menjauh dari penglihatan antara 67 dan 74 km per detik Mpc.

Dua Cara

Masalah yang muncul hasil pengukuran berbeda bergantung pada cara pengukuran yang digunakan. Sebagian besar perbedaan karena ada dua cara untuk mengukur nilainya. Pertama, melihat seberapa cepat galaksi di dekatnya bergerak menjauh. Kedua, menggunakan latar belakang gelombang mikro kosmik (cosmic microwave background/CMB) yaitu cahaya pertama yang lolos setelah Big Bang.

Cahaya pertama dari Big Bang masih bisa dilihat hari ini, tetapi karena bagian terjauh alam semesta semakin menjauh, cahaya tersebut telah merentang menjadi gelombang radio. Beruntung sinyal radio ini, pertama kali ditemukan secara tidak sengaja pada 1960-an, sehingga mampu memberi wawasan sedini mungkin tentang seperti apa alam semesta.

Dua gaya yang saling bersaing tarikan gravitasi dan dorongan keluar radiasi memainkan tarik menarik kosmik dengan alam semesta dalam masa pertumbuhannya. Keduanya menciptakan gangguan yang masih dapat dilihat dalam latar belakang gelombang mikro kosmik berupa perbedaan suhu yang sangat tipis.

Dengan menggunakan gangguan-gangguan ini, maka dimungkinkan untuk mengukur seberapa cepat alam semesta mengembang tak lama setelah Big Bang. Setelah itu dapat diterapkan pada Model Standar Kosmologi untuk menyimpulkan laju ekspansi saat ini.

Ketika satelit Planck Badan Antariksa Eropa (ESA) mengukur ketidaksesuaian dalam CMB, pertama pada 2014, nilai yang keluar untuk KH adalah 67,4 km per detik per Mpc. Angka ini 9 persen lebih rendah dari nilai yang diukur para astronom seperti Freedman saat melihat galaksi terdekat.

Pengukuran lebih lanjut CMB pada 2020 menggunakan Teleskop Kosmologi Atacama dikorelasikan dengan data dari Planck. "Ini membantu mengesampingkan bahwa ada masalah sistematis dengan Planck dari beberapa sumber," kata Beaton.

Teknik yang digunakan oleh Freedman dan rekan-rekannya memanfaatkan jenis bintang tertentu yang disebut variabel Cepheid. Bintang yang ditemukan sekitar 100 tahun lalu oleh astronom Henrietta Leavitt, mengubah kecerahannya, berdenyut lebih redup dan lebih terang selama berhari-hari atau berminggu-minggu.

Leavitt menemukan semakin terang bintang tersebut, semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk mencerahkan, lalu meredupkan, kemudian mencerahkan lagi. Sekarang, para astronom dapat mengetahui dengan tepat seberapa terang sebuah bintang sebenarnya dengan mempelajari denyut-denyut dalam kecerahannya.

Dengan mengukur seberapa terang yang tampak dari bumi dan mengetahui cahaya redup sebagai fungsi jarak, hal ini memberikan cara yang tepat untuk mengukur jarak ke bintang. Maka, jika semesta benar-benar berkembang lebih cepat dari yang diduga, maka konsukuensi umurnya lebih muda dari 13,8 miliar tahun.