FENOMENA RED SHIFT DAN BIG BANG

I. PENDAHULUAN

A. Kisah Perjalanan Alam Semesta

Alam semesta yang kita lihat saat ini berbeda jauh dengan masa lalu. Jika

manusia mengalami yang namanya pertumbuhan dari bayi sampai dewasa, alam

semesta juga demikian. Di awal sejarahnya, alam semesta merupakan daerah yang

sangat panas dan padat. Suatu keadaan yang berbeda jauh dari alam semesta

yang ada saat ini yang sudah sangat layak menjadi tempat huni. Alam semesta

merupakan sebuah daerah yang sangat besar, terisi dengan berbagai komponen

yang bisa mengejutkan kita, termasuk hal-hal yang jauh dari bayangan kita.

Selama berabad-abad, orang mencari jawaban untuk pertanyaan “bagaimana

asal-usul alam semesta”. Beribu-ribu model alam semesta telah diajukan dan

beribu-ribu teori telah dihasilkan di sepanjang sejarah. Namun tinjauan terhadap

semua teori ini mengungkapkan bahwa pada intinya mereka hanya terbagi dalam

dua model berbeda. Yang pertama adalah konsep alam semesta tak terbatas tanpa

permulaan, yang tidak lagi memiliki dasar ilmiah apa pun. Yang kedua adalah

bahwa alam semesta diciptakan dari ketiadaan, yang sekarang ini dikenal dalam

masyarakat ilmiah sebagai “model standar”. Model pertama, yang telah terbukti tak

dapat bertahan, menyatakan bahwa alam semesta telah ada sejak waktu yang tak

terbatas dan akan terus bertahan dalam keadaannya yang sekarang ini. Model

kedua menyatakan bahwa alam semesta ini memiliki permulaan, dan ini telah

dibuktikan dengan temuan-temuan ilmiah yang berkembang.

Teori kosmologi modern dimulai oleh Friedman pada tahun 1920 dan dikenal

juga sebagai model kosmologi standar. Model kosmologi standar dimulai dengan

prinsip di dalam skala besar, alam semesta homogen dan isotropis serta pengamat

tidak berada pada posisi yang istimewa di alam semesta. Model ini juga

menyatakan bahwa alam semesta seharusnya mengembang dalam jangka waktu

berhingga, dimulai dari keadaan yang sangat panas dan padat.

Bintang merupakan salah satu objek yang bisa langsung dikenali saat kita melihat

langit, tentu saja disamping bulan dan planet. Bintang sendiri memiliki beberapa

tipe dan kelas, namun seringnya saat melihat bintang, kita akan langsung

membandingkannya dengan Matahari. Bintang-bintang yang ada di langit terikat

satu sama lainnya dalam suatu ikatan gravitasi yang membentuk galaksi Bima

Sakti.

Bima Sakti juga bukan satu-satunya galaksi yang ada di alam semesta.

Bima Sakti hanya merupakan satu dari miliaran galaksi yang ada dalam alam

semesta teramati. Alam semesta teramati ini terdiri dari galaksi dan materi-materi

lainnya yang secara prinsip bisa teramati dari Bumi saat ini. Tentunya cahaya atau

sinyal lainnya dari obyek-obyek ini membutuhkan waktu untuk mencapai kita.

Tahun 1929, Edwin Hubble yang bekerja di Carniege Observatories di

Pasadena, California mengukur pergeseran merah dari sejumlah galaksi jauh. Hal

ini didasarkan atas hasil pengamatannya pada sejumlah galaksi yang ternyata

memiliki pergeseran garis spektrum menuju ke arah merah (pergeseran Redshift)

dimana semua galaksi saling menjauh dipercepat. Pada saat itu Edwin Hubble

menggunakan teknologi teleskop dengan diameter cermin 152 cm di Observatorium

Mount Wilson. Tidak lama kemudian Edwin Hubble menggunakan teleskop yang

lebih besar dan efektif dengan diameter cermin 250 cm, dan ini merupakan

teleskop terbesar di dunia selama 25 tahun berturut - turut. Tingkat kualitasnya

membuat Edwin Hubble dapat mengamati temuan penting tentang evolusi kosmos.

Akhirnya nama Hubble diabadikan pada sebuah teleskop yang ditempatkan di luar

angkasa dan hingga saat ini Teleskop Hubble telah memberikan informasi lebih

jelas tentang alam semesta. Saat melakukan plot pergeseran merah terhadap jarak

relatif, Hubble menemukan kalau pergeseran merah galaksi jauh ini meningkat

dalam fungsi linear terhadap jarak. Galaksi-galaksi jauh itu bergerak saling menjauh

satu sama lainnya, dan memberikan adanya gambaran kalau alam semesta

ternyata tidak tetap melainkan mengembang[3].

B. Teori Big Bang dengan Bukti

Begitu ditetapkan kenyataan bahwa alam semesta mulai terbentuk setelah

sebuah ledakan besar, para ahli astrofisika mencapai kemajuan pesat dalam

penelitian-penelitian mereka. Menurut George Gamow, apabila alam semesta

terbentuk dalam ledakan besar dan tiba-tiba, pastilah tertinggal sejumlah radiasi dari

ledakan tersebut yang menyebar rata di seluruh alam semesta.

Gambar 1. Ilustrasi Bigbang

Pada tahun-tahun setelah hipotesis ini disampaikan, temuan-temuan ilmiah

susul menyusul terjadi, dan semuanya membuktikan kebenaran Big Bang. Pada

tahun 1965, dua orang peneliti bernama Arno Penzias dan Robert Wilson

menemukan suatu bentuk radiasi yang hingga saat itu tak teramati, yang disebut

sebagai “radiasi latar belakang kosmis”. Radiasi ini tidak seperti benda-benda alam

semesta lainnya karena keseragamannya yang luar biasa. Radiasi ini tidak

terlokalisasi, juga tidak memiliki sumber yang jelas; justru tersebar merata di mana-

mana. Segera disadari bahwa radiasi ini adalah peninggalan Big Bang, yang masih

memancar sejak ledakan besar itu terjadi. Gamow telah meneliti frekuensi radiasi

tersebut, dan menemukan bahwa besarnya mendekati nilai yang telah diramalkan

oleh para ilmuwan. Penzias dan Wilson dianugerahi Penghargaan Nobel atas

temuan mereka itu.

George Smoot dan tim NASA-nya hanya membutuhkan waktu delapan menit

untuk mencocokkan tingkatan-tingkatan radiasi yang dilaporkan oleh Penzias dan

Wilson, berkat satelit ruang angkasa COBE. Sensor-sensor yang sensitif pada

satelit berhasil memberikan kemenangan baru bagi teori Big Bang. Sensor-sensor

itu membenarkan keberadaan suatu bentuk yang rapat dan panas sisa dari Big

Bang. COBE memotret sisa-sisa nyata dari Big Bang, dan kelompok ilmuwan

dipaksa mengakuinya.

Bukti lainnya berhubungan dengan jumlah relatif Hidrogen dan Helium di alam

semesta. Perhitungan menunjukkan bahwa proporsi gas hidrogen helium di alam

semesta cocok dengan hitungan teoretis dari apa yang seharusnya tersisa setelah

Big Bang.

Penemuan bukti penting ini menyebabkan teori Big Bang diterima

sepenuhnya oleh dunia ilmiah. Dalam sebuah artikel di Scientific American yang

terbit bulan Oktober 1994 disampaikan bahwa “model Big Bang adalah satu-satunya

model yang diakui pada abad ke- 20”.

II. RED SHIFT(Pergeseran Merah)

Pergeseran merah merupakan sebuah teori yang mendukung teori Bigbang.

Teori ini pertama kali dicetuskan oleh Edwin Hubble dan Milton Humason pada

tahun 1929 dan menjadi terkenal dengan red shift Hubble. Konsep alam semesta

yang mengembang dari satu titik di masa lalu dikembang oleh Hubble karena

penemuan red shift ini.

Gambar 2. Redshift dan blueshift

Pergeseran Merah adalah gejala bahwa frekuensi cahaya kalau diamati, di

bawah situasi tertentu, bisa lebih rendah daripada frekuensi cahaya ketika

terpancar di sumber. Ini biasanya terjadi kalau sumber menjauh dari pengamat,

seperti pada efek Doppler. Secara khusus, istilah pergeseran merah dipakai untuk

menjelaskan pengamatan bahwa spektrum cahaya yang terpancar oleh galaksi

jauh bergeser ke frekuensi yang lebih rendah jika dibandingkan dengan spektrum

bintang yang lebih dekat. Ini diambil sebagai bukti bahwa galaksi menjauh dari satu

sama lain, bahwa alam semesta berkembang dan dimulai sejak Ledakan Dahsyat.

Apabila galaksi diamati pada panjang gelombang tampak, cahaya yang

pertama kali di deteksi adalah cahaya bintang-bintang yang mengisi galaksi.

Apabila spektrum galaksi dipotret pada panjang gelombang tampak, didapatkan

garis-garis absorbsi bintang yang merupakan bagian atmosfer terluar bintang yang

lebih dingin. Misalkan garis-garis absorbsi tertentu yang panjang gelombangnya

sudah diketahui dari eksperimen laboratorium di bumi adalah λem, sedangkan

panjang gelombang hasil pengamatan adalah λobs, yang umumnya tidak sama

dengan hasil laboratorium. Maka dapat disimpulkan bahwa galaksi tersebut

mengalami pergeseran panjang gelombang atau redshift (z), yang dirumuskan

sebagai berikut:

z=λobs− λemλem

Dimana

Z = redshift

λobs = panjang gelombang observasi

λem = panjang gelombang emisi / intrinsik

Apabila objek yang diamati bergerak ke arah pengamat, maka panjang

gelombang cahayanya akan bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih

pendek sehingga nilai z < 0, yang disebut sebagai Blue Shift (Pergeseran Biru).

Demikian juga sebaliknya, bila sumber menjauh, panjang gelombangnya akan

bergeser ke panjang gelombang yang lebih panjang disebut dengan Red Shift

(Pergeseran Merah). Pada umumnya sebagaian besar galaksi mempunyai nilai

z>0.

Pergeseran merah bisa disebabkan oleh tiga hal yaitu:

1. Gerak-gerik sumber. Jika sumber cahaya menjauh dari pengamat, maka

pergeseran merah (z > 0) terjadi; jika sumber mendekati pengamat, maka

pergeseran biru (z < 0) terjadi. Hal ini berlaku untuk semua gelombang dan

diterangkan oleh efek Doppler. Jika sumber bergerak menjauh dari

pengamat dengan kecepatan v dan kecepatan ini jauh lebih kecil daripada

kecepatan cahaya c, maka pergeseran merah dapat diperkirakan dengan z

≈ v/c

2. Perluasan ruang. Model yang sekarang dipakai oleh kosmologi

menganggap benar perluasan ruang. Cahaya akan mengalami pergeseran

merah jika ruang meluas.

3. Efek gravitasi. Teori relativitas umum memuat bahwa perpindahan cahaya

itu lewat bidang gravitasi yang kuat akan mengalami pergeseran merah atau

biru. ‘ Ini diketahui sebagai Pergeseran Einstein. Efek ini sangat kecil tetapi

dapat diukur di Bumi menggunakan efek Mossbauer. Namun efek ini cukup

berarti di dekat lubang hitam dan sewaktu benda mendekat ke cakrawala,

perubahan merah menjadi tak terhingga. Pergeseran Merah Gravitasi

ditawarkan sebagai keterangan pergeseran merah dari quasars di 1960-an,

walaupun ini secara umum tidak disetujui sekarang.

Adanya pergeseran merah spektrum cahaya dari galaksi ke panjang

gelombang yang lebih panjang dan juga untuk pergeseran biru ke panjang

gelombang yang lebih pendek, tidak diketahui sampai dengan abad ke – 20.

Pada tahun 1912, Vesto Slipher dari Observatorium Lowell, menentukan

pergeseran panjang gelombang dari objek galaksi M31, yang kemudian

diketahui dari sedikit galaksi yang mengalami pergeseran ke arah panjang

gelombang yang lebih biru. Di tahun 1925, Slipher telah berhasil

menentukan pergesaran garis-garis spektral dari sekitar 40 galaksi, dan

menemukan bahwa semua galaksi tersebut mengalami pergeseran merah.

Di tahun 1929, sebagian besar galaksi yang mengalami redshift telah

berhasil ditentukan oleh seorang kosmolog, Edwin Hubble, yang bertujuan

untuk mempelajari apakah besarnya pergeseran merah dari galaksi juga

bergantung pada jaraknya terhadap pengamat.