Mengenal Struktur Alam Semesta [PDF]

Citation preview

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/336059217



MENGENAL STRUKTUR ALAM SEMESTA Preprint · September 2019 DOI: 10.13140/RG.2.2.14234.18887



CITATIONS



READS



0



2,908



1 author: Yaziz Hasan Badan Tenaga Nuklir Nasional 46 PUBLICATIONS   0 CITATIONS    SEE PROFILE



Some of the authors of this publication are also working on these related projects:



Coastal dynamics problems View project



All content following this page was uploaded by Yaziz Hasan on 26 September 2019. The user has requested enhancement of the downloaded file.



MENGENAL STRUKTUR ALAM SEMESTA Yaziz Hasan Jakarta, Indonesia 12710 Pendahuluan Struktur alam semesta dalam skala besar adalah terdiri dari rongga-rongga dan filamen-filamen, yang dapat diurai dalam superklaster-superklaster, klaster-klaster, grup-grup galaksi, dan akhirnya kedalam galaksi-galaksi. Pada skala lebih kecil, kita telah mengetahui bahwa galaksi-galaksi terdiri dari bintang-bintang beserta penyusun-penyusunnya, dimana sistem tata surya kita merupakan salah satu penyusunnya. Dengan memahami struktur benda-benda secara hirarkis, kita dapat memperoleh gambaran yang jelas tentang peran yang dimainkan oleh setiap komponen individualnya dan bagaimana mereka didudukkan dalam gambar yang lebih besar. Misalnya, jika kita melihat dunia yang sangat kecil, kita akan mengetahui bahwa molekul-molekul dapat diurai menjadi atom-atom; atom-atom kedalam proton-proton, elektron-elektron, dan neutron-neutron; kemudian proton dan neutron kedalam kuarkkuark dan seterusnya. Lalu bagaimana dengan benda yang sangat besar? Bagaimana struktur skala besar di alam semesta? Apa sesungguhnya superklaster-superklaster, filamen-filamen dan rongga-rongga tersebut? Mari kita memulainya dengan melihat pada pengelompokan galaksi-galaksi dan kemudian berlanjut pada strukur yang lebih besar. Meskipun terlihat beberapa galaksi ditemukan terkucil jauh dalam kesendirian, namun sebagian besar dari mereka sesungguhnya terbundel (terkelompok) kedalam grup-grup dan klaster-klaster. Grup-grup adalah lebih kecil, biasanya terdiri kurang dari 50 galaksi dan memiliki diameter hingga 6 juta tahun cahaya. Sebagai fakta, grup di mana galaksi Bima Sakti kita adalah sebagai anggota adalah hanya terdiri sedikit lebih dari 40 galaksi. Sementara klaster-klaster adalah terdiri dari 50 hingga 1000 galaksi yang berdiameter hingga 210 megaparsek. Satu sifat paling aneh klaster adalah bahwa kecepatan galaksinya dianggap terlalu tinggi bagi gravitasi itu sendiri untuk menjaga mereka tetap mengelompok bersama, namun mereka tetap saja seperti itu. Gagasan bahwa materi gelap ada bermula pada skala struktur ini. Materi gelap dipercaya memberikan gaya gravitasional yang menjaga mereka tetap terikat. Sejumlah besar grup, klaster, dan galaksi individu secara bersama-sama membentuk struktur lebih besar berikutnya yang disebut superklaster. Superklaster adalah salah satu diantara struktur terbesar yang pernah ditemukan di alam semesta. Struktur tunggal terbesar yang sejauh ini diidentifikasi adalah Tembok Besar Sloan (Sloan Great Wall), suatu lembaran raksasa galaksi-galaksi yang membentang dengan panjang 500 juta tahun cahaya, lebar 200 juta tahun cahaya dan tebal 15 juta tahun cahaya. Karena keterbatasan alat ukur saat ini, ada level maksimum untuk kita dapat melihat lebih dekat (zoom-out) di kedalaman ruang alam semesta. Pada level tersebut, kita melihat alam semesta terdiri dari dua komponen utama. Mereka adalah struktur yang menyerupai benang dikenal sebagai filamen yang terdiri dari galaksi-galaksi terisolasi, grup-grup, klaster-klaster dan superklaster-superklaster. Dan kemudian terdapat gelembung kosong raksasa di ruang hampa alam semesta yang disebut rongga-rongga (void). Struktur Alam Semesta Alam semesta memiliki struktur yang terorganisasi pada semua skala yang berbeda, dari sistem kecil seperti bumi dan tata surya kita, hingga galaksi-galaksi yang terdiri dari triliunan bintangbintang, dan akhirnya struktur yang sangat besar yang terdiri dari miliaran galaksi. Bagaimana dan mengapa struktur terorganisasi ini terbentuk dan bagaimana mereka saling mempengaruhi satu sama lain merupakan fokus utama astrofisika modern.



Survei COSMOS dirancang untuk mengukur sifat-sifat galaksi individu dan struktur terbesar di alam semesta pada saat yang bersamaan. Hal ini memungkinkan para astronom untuk memahami bagaimana sistem terbesar mempengaruhi yang terkecil dan bagaimana interaksi ini berubah terhadap waktu.



Kronologi Hubble Sifat-sifat galaksi ditampilkan sebagai fungsi waktu sejak big bang. Perhatikan bagaimana bentuk dan warna mereka berubah terhadap waktu. COSMOS mencoba memahami bagaimana dan mengapa ini terjadi.



Bentuk galaksi Galaksi terlihat berbeda dan memiliki struktur internal yang berbeda seperti batang, tonjolan, dan lengan spiral. COSMOS memungkinkan para astronom memahami bagaimana dan mengapa bentuk seperti ini dan apakah mereka dipengaruhi oleh struktur yang lebih besar dari galaksi-galaksi yang ada di dalamnya.



Materi gelap Dengan data yang dikumpulkan COSMOS, para ilmuwan dapat memetakan baik materi yang membentuk bintang, maupun “materi gelap” yang memberikan gaya tarik gravitasi dan menyusun lebih dari 80% materi alam semesta, tetapi tidak memancarkan cahaya. Ini memungkinkan para ilmuwan memahami bagaimana kedua bentuk materi tersebut berinteraksi dan bagaimana mereka saling mempengaruhi.



Simulasi komputer (lebih dari 50 juta tahun cahaya jaraknya) dari salah satu skenario yang mungkin tentang distribusi skala besar sumber cahaya di alam semesta. Kredit: Andrew Pontzen dan Fabio Governato. Apa yang dimaksud dengan hirarki struktur alam semesta? Terlihat bahwa kita memiliki bulan, kemudian planet, kemudian sistem planet dan tata surya, kemudian galaksi, kemudian mungkin ada beberapa yang hilang dalam hirarki tersebut, dan terakhir kemudian alam semesta. Berapa banyak dari beberapa yang hilang dalam struktur yang mungkin ada tersebut? Dan apakah mereka semua hanya akan dianggap sebagai klaster dalam klaster? Atau apakah struktur galaksi merupakan struktur terorganisasi independen tunggal terbesar di alam semesta dan apa pun di luar itu hanyalah satu kekacauan besar yang tidak teratur? Apakah ada organisasi lain di luar struktur galaksi, sesuatu yang mengandung galaksi, tetapi sekali lagi, bukan seluruh alam semesta dan agak lebih rendah daripada seluruh alam semesta? Dan jika demikian, berapa tingkat dalam hirarki yang ada sebelum kita sampai ke tingkat alam semesta? Jelas ada struktur yang lebih besar dari galaksi di alam semesta, tetapi belum jelas betul berapa banyak jenis atau tingkatannya. Struktur kelas yang paling jelas dan tidak kontroversial di luar galaksi adalah grup atau gugus galaksi. Struktur ini terdiri dari puluhan hingga ribuan galaksi individu yang terikat satu sama lain oleh gravitasi dan mengorbit pusat bersama. Pusat itu tidak didefinisikan oleh suatu obyek sentral yang besar, seperti Matahari mendefinisikan pusat tata surya kita, tetapi oleh pusat massa dari semua massa dalam gugus (klaster) tersebut, termasuk materi gelap. Faktanya, materi gelap mendominasi besaran massa gugus galaksi, melebihi materi normal dengan rasio sekitar lima banding satu. Di luar skala gugusan galaksi, sebagian besar astronom setuju bahwa ada superklaster, yang terdiri dari beberapa klaster dan grup galaksi yang terikat satu sama lain. Galaksi kita sendiri dan grup galaksinya adalah bagian dari Grup Lokal umumnya diterima untuk menjadi bagian dari Superklaster Virgo, yang pada gilirannya dapat menjadi bagian dari superklaster yang lebih besar, Superklaster Laniakea, meskipun temuan ini baru dan belum sepenuhnya diterima. Pertanyaan yang belum terselesaikan adalah apakah ada struktur yang lebih besar dan lebih besar



lagi, sampai suatu skala besar yang sembarang, atau apakah semuanya akhirnya mendekati suatu tatanan kacau skala besar yang tidak terorganisasi. Suatu prinsip dasar kosmologi, studi tentang asal dan evolusi alam semesta, adalah bahwa pada skala yang cukup besar, alam semesta adalah homogen, yaitu terlihat sama di mana pun kita berada, dan alam semesta adalah isotropik, yaitu terlihat sama dalam arah apa pun kita melihatnya. Tapi ini aksioma, bukan observasi. Bukti terbaik kita bahwa prinsip kosmologis berlaku adalah latar belakang gelombang mikro kosmik (cosmic microwave background-CMB), cahaya purba yang tersisa dari beberapa ratus ribu tahun setelah permulaan Alam Semesta. Intensitas CMB sama di semua arah hingga sekitar satu bagian dalam 100.000, menyiratkan bahwa kepadatan alam semesta juga seragam ketika CMB dipancarkan. Tetapi karena para astronom melakukan survei galaksi ke jarak yang makin lebih besar dan lebih besar lagi, kita sepertinya selalu menemukan struktur yang lebih besar dan lebih besar pula, yaitu, kita belum secara pasti mendeteksi skala homogenitas dalam survei galaksi, jadi mungkin yang paling aman untuk dikatakan bahwa hirarki struktur tetaplah ada untuk beberapa skala antara jarak terjauh yang diselidiki oleh survei galaksi saat ini, beberapa miliar tahun cahaya, dengan jarak ke CMB, yang pada dasarnya ukuran alam semesta yang dapat diamati.



Peta alam semesta ini dibuat oleh the Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Ini menunjukkan tampilan tiga dimensi (3D) alam semesta yang berjarak 2 miliar tahun cahaya. Bumi berada paling tengah. Setiap galaksi ditampilkan sebagai titik tunggal, dan warna mewakili luminositasnya. Peta ini hanya menampilkan 66.976 dari 205.443 galaksi yang terletak di



dekat bidang khatulistiwa Bumi. Irisan kosong yang besar di sisi gambar adalah wilayah langit yang dikaburkan oleh Galaksi kita, atau belum dipetakan. Gambar ini menunjukkan Alam Semesta hingga 19.000.000.000.000.000.000.000 km dari Bumi! Karena ini adalah angka yang sangat besar, para astronom menggunakan Megaparsec (Mpc) untuk menyatakan jarak ini. 19.000.000.000.000.000.000.000 km adalah sekitar 2 miliar tahun cahaya, dan sekitar 613 Mpc. (Sumber: https://imagine.gsfc.nasa.gov/features/cosmic/sheets_voids_info.html)



Lembaran dan Rongga Survei pada obyek-obyek alam semesta yang jauh mengungkapkan bahwa alam semesta memiliki struktur gelembung, lembaran dan filamen galaksi membentuk sebuah jaring berliku yang diselingi oleh rongga besar. Rongga ini dapat berukuran sebesar beberapa ratus Megaparsec (Mpc) dan diperkirakan menempati sekitar 95% ruang. Ruang rongga kososng terbesar yang teramati sejauh ini adalah 280 Mpc atau sekitar 1 miliar tahun cahaya. Salah satu kandidat struktur terbesar yang diketahui di alam semesta adalah Tembok Besar Sloan (Sloan Great Wall), yang ditemukan pada 2003 oleh J. Richard Gott III dan Mario Juric dan rekanrekan mereka, menggunakan data SDSS. Dindingnya hampir 1,5 miliar tahun cahaya dan terletak sekitar satu miliar tahun cahaya dari Bumi. Tembok Besar Sloan hampir 3 kali lebih panjang dari "Tembok Besar (Great Wall)" dari galaksi-galaksi yang ditemukan dalam survei Margaret Geller dan John Huchra pada 1989 (yang kadang-kadang juga disebut Tembok Besar CfA2). Panjangnya sekitar 500 juta tahun cahaya, lebar 300 juta tahun cahaya dan tebal 15 juta tahun cahaya, sebelumnya adalah pemegang rekor untuk struktur terbesar yang diketahui. Berikut ini adalah ilustrasi oleh Gott dan Juric yang menunjukkan Tembok Besar Sloan dan Tembok Besar CfA2.



Perlu dicatat bahwa Tembok Besar Sloan bukanlah struktur dalam pengertian teknis karena komponen-komponennya tidak terikat secara gravitasi. Pada 2006, para astronom menggunakan teleskop Subaru menemukan filamen galaksi-galaksi yang panjangnya 200 juta tahun cahaya. Setiap penemuan seperti ini membantu kita untuk lebih memahami struktur Alam Semesta! Struktur Skala Besar: Tempat Anda di Alam Semesta Kita telah menyaksikan bahwa bintang-bintang berkelompok membentuk galaksi. Galaksi juga berkumpul bersama membentuk suatu struktur yang jauh lebih besar. Ada kumpulan galaksi yang disebut Grup yang berisi puluhan galaksi. Galaksi kita sendiri, Bima Sakti, berada dalam grup yang terdiri dari sekitar 30 galaksi, bernama Grup Lokal. Selain itu, ada banyak klaster galaksi yang berisikan sekitar 50-1000 galaksi. Klaster terdekat adalah Klaster Virgo. Jarak rata-rata antar klaster adalah beberapa puluh juta tahun cahaya. Grup dan Klaster berkumpul bersama untuk membentuk klaster yang jauh lebih besar yang dikenal sebagai Superklaster. Grup Lokal adalah bagian dari Superklaster Lokal, yang pusatnya berada di Klaster Virgo. Di antara Superklaster terdapat ruang kosong yang sangat sangat luas di mana hampir tidak ada galaksi sama sekali. Struktur terbesar yang saat ini ditemukan di alam semesta adalah sistem rongga dan klaster. Pada skala ini, Alam Semesta terlihat bagai busa. Rongga-rongga terlihat seperti gelembung besar dan galaksi-galaksi terletak di sepanjang rongga tersebut membentuk filamen besar yang menghubungkan Superklaster-superklaster. Para ilmuwan saat ini telah dapat memberi tahu kita tentang apa yang terjadi di hampir setiap detik awal alam semesta, pada peristiwa big bang. Menggunakan observatorium yang ada di bumi dan yang diluncurkan di ruang angkasa, para astronom telah mampu mempelajari sifat alam semesta (kosmos) dalam detail yang belum pernah terjadi sebelumnya. Dengan menganalisis gerakan galaksigalaksi yang jauh, mereka telah menemukan bahwa seluruh alam semesta mengembang di bawah pengaruh gaya yang dilepaskan saat kelahirannya pada saat big bang. Dikombinasikan dengan studi tentang radiasi yang tersisa dari ledakan primordial tersebut, mereka telah menemukan bahwa alam semesta lahir sekitar 13,7 milyar tahun yang lalu, dengan kelebihan atau kekurangan 200 juta tahun. Mendapatkan tanggal peristiwa dengan presisi seperti itu sangat mengesankan, tetapi para ilmuwan bahkan telah melangkah lebih jauh. Mereka telah mulai mengumpulkan seluruh sejarah alam semesta, dari big bang hingga keadaan hari ini. Saat-saat paling awal masih merupakan fokus penelitian yang paling intens, dan perkataan akhir belum ada. Meski begitu, lini masa kejadian yang sekarang muncul sama mengejutkannya dengan mitos penciptaan yang ada pada agama-agama dunia. Sebelum big bang Ledakan besar adalah peristiwa ekstrim yang paling ekstrim, peristiwa di mana kondisi begitu luar biasa sehingga teori fisika kita bahkan yang terbaik pun runtuh. Namun beberapa ahli teori sekarang percaya bahwa mereka telah menemukan cara untuk mendorongnya kembali lebih jauh, menuju pada pertanyaan akhir: apa yang terjadi sebelum big bang? Untuk menjawabnya, mereka harus menghadapi salah satu tantangan terbesar dalam fisika teori: perkawinan teori ruang, waktu dan gravitasi, serta relativitas umum Einstein, dengan teori kuantum, yang menggambarkan dunia subatomik. Hanya dengan itu mereka dapat berharap untuk menggambarkan kondisi pada saat big bang, ketika semua ruang dan waktu dikompresi menjadi volume yang jauh lebih kecil dari sebutir proton. Upaya awal untuk menyatukan dua teori tersebut mulai menunjukkan beberapa petunjuk yang menarik. Perhitungan terbaru menunjukkan bahwa pada saat-saat mendekati peristiwa big bang, struktur ruang dan waktu begitu berkerut sehingga membalik gravitasi menjadi terbalik, menghasilkan suatu gaya tolak. Jika benar, ini berarti bahwa big bang bukanlah awal dari alam semesta sama sekali. Sebaliknya, itu hanya "pantulan besar", yang terbaru dalam rangkaian tanpa akhir yang membentang kembali ke masa lalu yang tak terbatas.



Linimasa Alam Semesta



Kesan seniman tentang bagaimana alam semesta awal mungkin terlihat ketika pembentukan bintang bermula. Foto: Adolf Schaller / AP



Peristiwa Big Bang 0,000000000000000000000000000000000001 detik atau 10 -43 detik setelah Big Bang Alam semesta bermula dari suatu ledakan hebat yang tidak terbayangkan yang menghadirkan ruang dan waktu, dan memunculkan semua materi dan energi di alam semesta. Apa yang sesungguhnya memicu ledakan dan pengembangan tiba-tiba tersebut tetaplah sebuah misteri. Para astronom mempercayainya sebagai suatu proses berlari di landasan (runaway) yang disebut "inflasi," di mana suatu bentuk aneh energi yang ada di kehampaan ruang secara tiba-tiba termobilisasi (teraktivasi). Ekspansi secara inflasioner hanya berakhir ketika energi ini tertransformasi menjadi bentuk-bentuk materi dan energi yang telah kita kenal. Dikenal sebagai Era Planck, ini adalah saat yang paling dekat dimana ilmu fisika mutakhir saat ini dapat mencapai awal mutlak waktu. Pada saat itu, alam semesta dianggap sangat panas, padat, dan bergejolak, dengan tatanan ruang dan waktu yang sangat banyak berubah menjadi situasi yang mudah bergolak. Semua gaya fundamental yang saat ini bekerja di alam semesta─gravitasi, elektromagnetisme dan apa yang disebut gaya nuklir kuat dan lemah─diperkirakan telah menyatu menjadi adigaya tunggal selama tahap ini. 0 detik: Peristiwa Big Bang. Ruang dan waktu tercipta. 10–43 detik Gravitasi memisahkan diri dari tiga gaya fundamental lainnya (elektromagnetisme, dan gaya nuklir lemah dan kuat). Ini adalah waktu paling awal yang telah diteliti oleh fisikawan teoretik sejauh ini. Gaya kuat dan gaya elektrolemah menjadi berbeda atau terpisah segera setelahnya. 10–35 detik Alam semesta berekspansi alias mengembang (memuai), mengalami percepatan spektakuler yang dikenal sebagai proses inflasi. Proses ini hanya mengambil sebagian kecil ruang dan menghempaskannya ke dalam volume yang jauh lebih besar, meratakan semua kerutan dalam proses yang terjadi. Yang disebut Era Penyatuan Besar (Grand Unification Era), pada akhir dimana adigaya (superforce) mulai pecah menjadi gaya-gaya penyusun yang kita lihat hari ini. Sekitar waktu ini apa yang disebut energi inflasi memicu ledakan ekspansi yang dramatis, memperluas alam semesta dari ukuran yang jauh lebih kecil dari partikel subatom menjadi ukuran yang jauh lebih besar dari volume kosmik yang kita lihat hari ini. Dalam prosesnya, kerutan primordial ruang-waktu terhaluskan. 10-32 detik Energi yang dilempar ke alam semesta pada akhir inflasi menyebabkan munculnya partikel materi melalui persamaan Einstein yang terkenal E = mc2. Awalnya campuran materi dan antimateri, sebagian besar partikel saling memusnahkan satu sama lain dalam semburan radiasi, meninggalkan kantung-kantung materi yang tersebar secara acak.



10-11 detik Era Elektrolemah (Electroweak), ketika dua gaya fundamental terakhir masih bersatu satu sama lain─elektromagnetisme dan gaya nuklir lemah─akhirnya terpisah, meninggalkan alam semesta dengan empat gaya terpisah yang kita amati saat ini. 10-6 detik Ketika alam semesta terus mengembang, ia menjadi cukup dingin untuk memungkinkan partikelpartikel familiar dari materi hari ini, proton dan neutron, terbentuk dari penyusun mereka, yang dikenal dengan nama quark. 10–6 detik Partikel mendapatkan massa. Gaya elektrolemah terpecah menjadi gaya elektromagnetisme dan gaya lemah sebagaimana yang kita amati saat ini. Partikel sub-atom mendapatkan massanya. Laboratorium Energi Tinggi di Awal Alam Semesta 1 detik setelah big bang Setelah inflasi berakhir pada bagian detik pertama, alam semesta terus mengembang namun tidak lagi begitu cepat. Ketika alam semesta mendingin, gaya-gaya paling fundamental di alam muncul: yang pertama gravitasi, kemudian gaya kuat, yang mengikat inti atom menjadi satu, diikuti gaya lemah dan gaya elektromagnetik. Dalam detik pertama kehadirannya, alam semesta tersusun oleh partikel-partikel fundamental, yang meliputi quark, elektron, foton, dan neutrino. Kemudian disusul terbentuknya proton dan neutron. Partikel-partikel komposit pertama terbentuk. Proton dan neutron terbentuk dari sup quark dan gluon yang sangat panas.



Unsur-unsur Dasar Terbentuk 3 menit setelah big bang Dalam beberapa menit berikutnya, alam semesta seperti yang kita kenal terbentuk. Dalam jumlah yang tidak dapat dibayangkan, proton-proton dan neutron-neutron bergabung membentuk inti atom unsur-unsur sederhana. Bahwa sisa-sisa alam semesta sebagian besar terdiri dari unsur-unsur ini — hidrogen dan helium — dianggap sebagai bukti kuat kesahihan model big bang. Unsurunsur pertama (kebanyakan hidrogen dan helium) terbentuk. Alam semesta mengembang dan mendingin sangat cepat sehingga unsur yang lebih berat bahkan tidak memiliki kesempatan untuk terbentuk. Pada suhu satu miliar derajat celsius, proton dan neutron mulai bersatu membentuk inti atom (nukleon), inti atom bermuatan listrik positif. Dalam 20 menit, suhu alam semesta telah menjadi terlalu dingin untuk mendorong proses, yang berakhir dengan pembentukan inti atom hidrogen dan helium, unsur kimia paling sederhana dan paling umum di alam semesta. Pembentukan semua unsur lain, termasuk karbon, oksigen dan nitrogen yang dibutuhkan



untuk kehidupan, akan muncul bersamaan dengan bintang-bintang besar pertama jutaan tahun kemudian. Dari Panas ke Dingin 500.000 tahun setelah big bang Selama 300.000 hingga 500.000 tahun berikutnya atau lebih, alam semesta tetaplah sebagai awan gas panas raksasa yang mengembang. Ketika gas ini mendingin menuju ambang kritis, elektron-elektron lalu memiliki kemampuan untuk bergabung dengan inti hidrogen dan helium. Sementara foton-foton tidak lagi bertebaran, namun terlempar keluar. Kita masih dapat melihat fotonfoton yang dipancarkan pada periode ini, namun waktu dan jarak telah menggeser mereka ke dalam panjang gelombang mikro. Saat ini, radiasi latar kosmik gelombang mikro ini memberi para astronom suatu jendela untuk melongok awal alam semesta. 380.000 tahun: Suhu alam semesta menurun cukup untuk proton dan neutron mulai menangkap elektron. Juga, untuk pertama kalinya, cahaya bergerak bebas melintasi ruang, dan kabut alam semesta awal mulai cerah (transparan). Cahaya ini masih dapat dideteksi hari ini sebagai latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB). 30 juta tahun: Bintang pertama muncul di alam semesta. Model simulasi komputer menunjukkan bahwa bintang-bintang pertama mungkin terbentuk pada titik ini, bersamaan dengan terbentuknya unsur-unsur berat. 200 juta tahun: Galaksi Bima Sakti terbentuk. Galaksi dimana Bumi berada terbentuk tidak lama setelah bintang-bintang pertama. 300.000 tahun: Alam semesta telah mendingin hingga sekitar 1.000C─cukup dingin bagi elektron untuk berpasangan dengan inti atom untuk membentuk atom pertama. Pada akhir Era Rekombinasi ini, alam semesta terdiri dari sekitar 75% hidrogen dan 25% helium. Dengan elektron yang sekarang telah terikat pada atom, alam semesta akhirnya menjadi transparan terhadap cahaya ─ menjadikan ini sebagai epos paling awal yang dapat diamati saat ini. 200 juta tahun: Daerah-daerah kecil dan padat dari gas kosmik mulai runtuh di bawah pengaruh gravitasi mereka sendiri, menjadi cukup panas untuk memicu reaksi fusi nuklir antara atom-atom hidrogen. Ini merupakan bintang-bintang pertama yang menerangi alam semesta. Kelahiran Bintang dan Galaksi 1.000.000.000 tahun setelah big bang Seiring waktu bergerak maju, gaya tarik gravitasi mulai menerapkan pengaruhnya pada alam semesta awal. Ia mempertinggi sedikit ketidakberaturan pada rapat massa gas primordial. Bahkan ketika alam semesta secara keseluruhan berlanjut mengembang, kantung-kantung gas menjadi makin padat. Bintang-bintang dinyalakan dalam kantung-kantung ini. Kelompok bintang-bintang kemudian menjadi galaksigalaksi paling awal. Teleskop modern dapat mendeteksi



galaksi-galaksi primordial ini ketika mereka hadir pada saat alam semesta baru berusia satu milyar tahun, tepat 7 persen dari usianya saat ini. Gaya gravitasi mulai menyatukan daerah-daerah besar dari gas kosmik yang relatif padat, membentuk kumpulan bintang-bintang yang sangat luas yang kita sebut galaksi. Ini pada gilirannya mulai membentuk gugus (klaster), yang salah satunya disebut Kelompok Lokal─berisikan galaksi Bima Sakti kita sendiri. Era Quasar 3.000.000.000 tahun setelah big bang Dari satu miliar hingga tiga miliar tahun setelah big bang, banyak galaksi kecil bergabung membentuk galaksi yang lebih besar, membentuk berbagai rupa galaksi yang menyerupai spiral dan bola (dikenal sebagai galaksi elips). Seringkali penggabungan tersebut begitu dahsyat sehingga bintang dan gas runtuh ke pusat bersama, menjadi begitu padat sehingga membentuk lubang hitam raksasa. Gas yang mengalir kedalam lubang hitam ini menjadi cukup panas untuk bersinar terang sebelum menghilang. Cahaya "quasar" ini dapat dilihat di kedalaman alam semesta.



Supernova 9933 6.000.000.000 tahun setelah big bang Di dalam galaksi, ketika bintangbintang lain dilahirkan, yang lain mati, sering dalam bentuk ledakan dahsyat yang sangat dahsyat. Ledakan-ledakan ini, disebut supernova, sangat penting bagi evolusi galaksi-galaksi karena mereka akan mendistribusikan semua unsur-unsur umum seperti oksigen, karbon, nitrogen, kalsium, dan besi ke dalam ruang antarbintang. Ledakan-ledakan, terutama dari bintang-bintang besar, juga akan menciptakan dan mendistribusikan unsur-unsur yang lebih berat seperti emas, perak, timah, dan uranium. Supernova yang digambarkan di sini adalah tipe yang lebih kecil, yang digunakan oleh para astronom untuk menentukan jarak. Supernova yang satu ini tampak bagi kita sekarang sebagaimana terlihat ketika alam semesta berusia sekitar lima miliar tahun.



Kelahiran Matahari 5.000.000.000 tahun sebelum saat ini Matahari terbentuk dalam awan gas di lengan spiral galaksi Bima Sakti. Piringan gas dan puing-puing (debu) besar yang berputar di sekitar bintang baru ini menyatu menjadi planet-planet, bulan-bulan, dan asteroidasteroid. Gaya gravitasi mencoba memperlambat ekspansi (pengembangan) kosmik mulai kehilangan pengaruh pada efek anti-gravitasi energi gelap, gaya misterius yang telah mempercepat ekspansi kosmik sejak itu. Sembilan miliar tahun kemudian, sistem tata surya kita terbentuk. Piringan material yang tersisa setelah pembentukan Matahari mulai mengalami penggumpalan. Suatu wilayah gas dan debu dari bintangbintang yang meledak di galaksi Bima Sakti mulai runtuh di bawah gravitasinya sendiri, membentuk bintang kecil yang dikelilingi oleh piringan material batu dan gas. Kawanan potongan reruntuhan raksasa yang terbentuk di dalam cakram, bertabrakan dan bergabung membentuk Bumi, bulan, dan planet-planet lain. Gambar di sebelah kiri, dari Teleskop Ruang Angkasa Hubble, menunjukkan bintang dalam pergolakan kelahiran. Pancaran kuat radiasi menggelegar dari kutub-kutubnya, menerangi lingkungan sekitarnya. Selanjutnya, sepuluh miliar tahun kemudian, kehidupan di Bumi hadir, dimana efek radiasi matahari yang dahsyat dan sambaran petir pada sup primordial bahan organik mungkin telah memicu hadirnya kehidupan tersebut, yang didukung oleh akumulasi oksigen di lapisan atmosfer Bumi, yang terjadi sebelas miliar tahun setelah big bang. Oksigen merupakan gas esensial bagi hewan untuk bernapas yang muncul untuk pertama kalinya. Pada 13,5 miliar tahun setelah big bang, manusia purba berevolusi di Afrika dan manusia modern pertama kali muncul di benua itu dan kelak menjelajahi seluruh planet ini. Galaksi-galaksi Bertabrakan 3.000.000.000 tahun di masa depan Astronom memperkirakan bahwa dalam sekitar tiga miliar tahun yang akan datang, galaksi Bima Sakti kita akan ditelan oleh salah satu galaksi tetangga terdekatnya, sebuah galaksi besar bernama Andromeda yang berjarak 2,2 juta tahun cahaya jauhnya. Bergantung pada jalurnya, kedua galaksi ini akan bergabung menjadi satu galaksi raksasa atau saling merobek satu sama lain, menghempaskan jutaan bintang seperti matahari kita menerobos ke kedalaman ruang alam semesta. Salah satu tumbukan titanik dahsyat tersebut yang melibatkan empat galaksi, berjarak 300 juta tahun cahaya, digambarkan di sebelah kiri.



Galaksi-galaksi menghilang 100.000.000.000 tahun di masa depan Jika pengamatan terbaru tentang percepatan kosmik benar, maka energi hampa (vacuum energy) yang muncul di alam semesta akan terus mengalahkan gaya tarik gravitasi dari materi alam semesta. Ini berarti bahwa, di masa depan, gugusan galaksigalaksi yang terikat secara gravitasi akan tetap bertahan tetapi galaksi-galaksi tersebut umumnya akan melesat terpisah semakin cepat. Akhirnya galaksi-galaksi tetangga terdekat kita tersebut akan makin begitu jauh sehingga mereka tidak lagi dapat terlihat, bahkan dengan teleskop besar. Tapi ini masih sangat jauh di masa depan bahkan matahari kita sendiri sudah lama habis terbakar dan Bumi kita pun sudah mati bersamanya. Era Stellar Berakhir 1.000.000.000.000 tahun di masa depan Selama era ini, yang akan berlangsung dari 100 miliar tahun hingga satu triliun tahun setelah big bang (dan merupakan era dimana kita saat ini), sebagian besar energi yang dihasilkan oleh alam semesta akan berupa bintang-bintang yang membakar hidrogen dan unsurunsur lainnya yang ada di inti mereka. Periode panjang ini akan memberi jalan menuju waktu kematian yang lebih lama bagi alam semesta kita.



Era Degenerasi 10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 tahun di masa depan Era ini memanjang hingga sepuluh triliun triliun triliun tahun setelah big bang. Sebagian besar massa yang saat ini dapat kita lihat di alam semesta akan terkurung dalam bintang-bintang yang telah meledak dan runtuh menjadi lubang hitam dan bintang-bintang neutron. Atau akan terkurung di dalam cebol coklat dan planet yang tidak pernah memicu fusi nuklir, atau di dalam bintang-bintang yang menjelma menjadi cebol putih. Dengan bintang-bintang tidak lagi aktif membakar (melakukan reaksi fusi nuklir), energi pada era ini akan dihasilkan melalui proses peluruhan proton dan pemusnahan (anihilasi) partikel.



Era Lubang Hitam (Black Hole) 10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00 0.000.000.000.000.000.000.000.000 tahun di masa depan Era ini merentang hingga sepuluh ribu triliun triliun triliun triliun triliun triliun triliun triliun tahun setelah big bang. Setelah periode peluruhan proton, satu-satunya obyek yang seperti bintang yang tersisa adalah lubang hitam dengan massa yang sangat bervariasi. Energi mereka terus menguap.



Era Gelap >10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.0 00.000.000.000.000.000.000.000.000 tahun di masa depan Pada tahap akhir ini, proton akan meluruh dan lubang hitam akan hampir sepenuhnya menguap. Hanya produk sampingan dari proses ini yang tersisa: sebagian besar neutrino, elektron, positron, dan foton dengan panjang gelombang yang sangat besar. Untuk semua maksud dan tujuan, alam semesta seperti yang kita kenal saat ini akan berakhir.



Gambar: (1-5) Dari simulasi Pembentukan Galaksi dan Struktur Skala Besar oleh Michael Norman, Brian O'Shea dan Greg Bryan, Grand Challenge Cosmology Consortium (GC3), dan divisualisasikan oleh Donna Cox, Stuart Levy, Robert Patterson, NCSA / UIUC; (6,8,9,11) STScI / AURA / NASA; (7) High Z; (10,12) NOVA / NASA. Sumber: https://www.pbs.org/wgbh/nova/universe/historysans.html



View publication stats