Metode baru untuk mengukur suhu latar belakang gelombang mikro kosmik

Latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB) adalah sisa radiasi elektromagnetik dari zaman kosmologis paling awal, yaitu Big Bang. Ini memberikan gambaran tentang alam semesta awal.

Selama dua dekade terakhir, pengukuran suhu latar belakang gelombang mikro kosmik telah memberikan wawasan mendalam tentang alam semesta. Informasi rinci tentang komposisi dan evolusi Alam Semesta dikodekan dalam suhu dan polarisasi anisotropi CMB.

Model kosmologis sebelumnya mengasumsikan bahwa Alam Semesta telah mendingin sejak Dentuman Besar — dan terus melakukannya. Model tersebut juga menjelaskan bagaimana proses pendinginan harus berlangsung, tetapi sejauh ini, hal itu hanya dikonfirmasi secara langsung untuk waktu yang relatif kosmik baru-baru ini.

Sekelompok ahli astrofisika internasional telah menemukan metode baru untuk memperkirakan suhu latar belakang gelombang mikro kosmik. Ini adalah pertama kalinya suhu radiasi latar gelombang mikro kosmik diukur pada zaman awal Semesta.

Penemuan ini tidak hanya menetapkan tonggak yang sangat awal dalam pengembangan suhu latar belakang kosmik, tetapi juga dapat berimplikasi pada teka-teki energi gelap.

Menggunakan observatorium NOEMA di Pegunungan Alpen Prancis, teleskop radio paling kuat di Belahan Bumi Utara, para ilmuwan mengamati galaksi ledakan bintang besar HFLS3. Galaksi ini terletak pada jarak yang hanya 880 juta tahun setelah Big Bang. Mereka menemukan layar gas air dingin yang memberikan bayangan pada radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik.

Bayangan tersebut dihasilkan dari penyerapan radiasi gelombang mikro yang lebih hangat oleh air yang lebih dingin di jalurnya menuju Bumi, dan kegelapannya mengungkapkan perbedaan suhu. Karena suhu air dapat ditentukan dari sifat lain yang diamati dari ledakan bintang, perbedaannya menunjukkan suhu radiasi peninggalan Big Bang.

Penulis utama Profesor Dr. Dominik Riechers dari Institut Astrofisika Universitas Cologne mengatakan, “Selain bukti pendinginan, penemuan ini juga menunjukkan kepada kita bahwa alam semesta dalam masa pertumbuhannya memiliki beberapa karakteristik fisik yang cukup spesifik yang tidak ada lagi saat ini. Cukup awal, sekitar 1,5 miliar tahun setelah Big Bang, latar belakang gelombang mikro kosmik sudah terlalu dingin untuk efek ini untuk diamati. Oleh karena itu, kami memiliki jendela pengamatan unik yang membuka ke arah yang sangat alam semesta muda hanya.”

“Dengan kata lain, jika galaksi dengan sifat yang identik dengan HFLS3 ada saat ini, bayangan air tidak akan dapat diamati karena kontras suhu yang diperlukan tidak akan ada lagi.”

Rekan penulis Dr. Axel Weiss dari Institut Max Planck untuk Radio Astronomi (MPIfR) di Bonn berkata, “Tonggak penting ini tidak hanya mengkonfirmasi tren pendinginan yang diharapkan untuk zaman yang jauh lebih awal daripada yang mungkin diukur sebelumnya, tetapi juga dapat memiliki implikasi langsung terhadap sifat energi gelap yang sulit dipahami.”

“Berdasarkan eksperimen ini, sifat energi gelap untuk saat ini tetap konsisten dengan ‘konstanta kosmologis Einstein. Artinya, alam semesta yang mengembang di mana kerapatan energi gelap tidak berubah.”

Riecher berkata, “Setelah menemukan satu awan air dingin seperti itu di galaksi ledakan bintang di alam semesta awal, tim sekarang berangkat untuk menemukan lebih banyak lagi di langit. Mereka bertujuan untuk memetakan pendinginan gema Big Bang dalam 1,5 miliar tahun pertama sejarah kosmik. Teknik baru ini memberikan wawasan baru yang penting tentang evolusi Alam Semesta, yang sangat sulit untuk dibatasi sebaliknya pada zaman awal seperti itu.”

Rekan penulis dan ilmuwan proyek NOEMA Dr. Roberto Neri dikatakan, “Tim kami sudah menindaklanjuti ini dengan NOEMA dengan mempelajari lingkungan galaksi lain. “Dengan peningkatan presisi yang diharapkan dari studi sampel awan air yang lebih besar, masih harus dilihat apakah pemahaman dasar kita saat ini tentang perluasan Semesta berlaku.”

Referensi jurnal:

1. Riechers, DA, Weiss, A., Walter, F. et al. Suhu latar belakang gelombang mikro pada pergeseran merah 6,34 dari penyerapan H2O. Alam, 2022 DOI: 10.1038/s41586-021-04294-5