Alam semesta mengembang lebih cepat dari yang dapat dijelaskan oleh ilmu fisika: Teleskop Webb mengonfirmasi lonjakan pertumbuhan yang misterius

Penciptaan primordial: Alam semesta dimulai dengan Big Bang, sebuah momen energi luar biasa yang sangat besar, yang memicu pembentukan segala sesuatu yang ada. (© Alla – stock.adobe.com)

BALTIMORE — Ketika dua pengamat kosmos yang paling kuat sepakat bahwa sesuatu yang aneh sedang terjadi, para astronom cenderung menaruh perhatian. Kini, Teleskop Luar Angkasa James Webb telah mendukung apa yang telah dikatakan Hubble kepada kita selama bertahun-tahun: alam semesta berkembang lebih cepat daripada yang bisa dijelaskan oleh fisika terbaik kita, dan tidak ada yang tahu alasannya.

Para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa alam semesta kita mengembang, namun seberapa cepat pertumbuhannya masih menjadi perdebatan menarik di dunia astronomi. Tingkat ekspansi, yang dikenal sebagai “Konstanta Hubble,” membantu para ilmuwan memetakan struktur alam semesta dan memahami keadaannya miliaran tahun setelah Big Bang. Penemuan terbaru ini menunjukkan bahwa kita mungkin perlu memikirkan kembali pemahaman kita tentang alam semesta itu sendiri.

“Perbedaan antara laju ekspansi alam semesta yang diamati dan prediksi model standar menunjukkan bahwa pemahaman kita tentang alam semesta mungkin tidak lengkap,” kata peraih Nobel dan penulis utama Adam Riess, Profesor Terhormat Bloomberg di Universitas Johns Hopkins, dalam sebuah penelitian. penyataan. “Dengan dua teleskop andalan NASA yang kini saling mengkonfirmasi temuan masing-masing, kita harus menanggapi masalah ini dengan sangat serius—ini adalah tantangan sekaligus peluang luar biasa untuk mempelajari lebih lanjut tentang alam semesta kita.”

Penelitian ini, dipublikasikan di Jurnal Astrofisikadidasarkan pada penemuan Riess yang memenangkan Hadiah Nobel bahwa perluasan alam semesta semakin cepat karena “energi gelap” misterius yang menembus bentangan luas ruang antara bintang dan galaksi. Bayangkan alam semesta yang mengembang ini seperti sepotong roti kismis yang dimasukkan ke dalam oven. Saat adonan mengembang, kismis (yang melambangkan galaksi) bergerak semakin menjauh satu sama lain. Meskipun gaya ini mendorong galaksi-galaksi terpisah, seberapa cepat hal ini terjadi masih diperdebatkan.

Selama lebih dari satu dekade, para ilmuwan telah menggunakan dua metode berbeda untuk mengukur laju ekspansi ini. Salah satu metodenya adalah dengan melihat cahaya kuno dari alam semesta awal, seperti memeriksa foto bayi untuk memahami bagaimana seseorang tumbuh. Metode lainnya, menggunakan teleskop untuk mengamati galaksi terdekat, mengamati peristiwa kosmik yang lebih baru. Kedua metode ini memberikan jawaban yang sangat berbeda mengenai seberapa cepat alam semesta mengembang – dan bukan hanya sedikit berbeda.

Meskipun model teoritis memperkirakan alam semesta akan mengembang dengan kecepatan sekitar 67-68 kilometer per detik per megaparsec (satuan jarak kosmik), pengamatan teleskop secara konsisten menunjukkan laju yang lebih cepat yaitu 70-76 kilometer per detik per megaparsec, atau rata-rata sekitar 73. Ini signifikan Perbedaan inilah yang oleh para ilmuwan disebut sebagai “ketegangan Hubble”.

Untuk membantu memecahkan misteri ini, para peneliti beralih ke Teleskop Luar Angkasa James Webb, observatorium luar angkasa terkuat yang pernah dibangun. “Data Webb seperti melihat alam semesta dalam definisi tinggi untuk pertama kalinya dan benar-benar meningkatkan signal-to-noise pengukurannya,” kata Siyang Li, mahasiswa pascasarjana di Universitas Johns Hopkins yang mengerjakan penelitian ini.

Penglihatan Webb yang sangat tajam memungkinkannya memeriksa jarak kosmik ini dengan detail yang belum pernah terjadi sebelumnya. Teleskop tersebut mengamati sekitar sepertiga galaksi yang telah dipelajari Hubble sebelumnya, menggunakan galaksi terdekat yang disebut NGC 4258 sebagai titik referensi – seperti menggunakan landmark terkenal untuk mengukur jarak lainnya.

Para peneliti menggunakan tiga metode berbeda untuk mengukur jarak kosmik ini, masing-masing bertindak sebagai pemeriksa independen satu sama lain. Pertama, mereka mengamati bintang berdenyut khusus yang disebut variabel Cepheid, yang oleh para astronom dianggap sebagai “standar emas” untuk mengukur jarak di luar angkasa. Bintang-bintang ini terang dan redup dalam pola tepat yang mengungkapkan kecerahan sebenarnya, menjadikannya tolok ukur kosmik yang dapat diandalkan. Tim juga mengamati bintang-bintang raksasa merah paling terang di setiap galaksi dan mengamati bintang-bintang khusus yang kaya karbon, memberikan dua cara tambahan untuk memverifikasi pengukuran mereka.

Ketika mereka menggabungkan semua pengamatan ini, mereka menemukan sesuatu yang luar biasa: Ketiga metode tersebut menunjukkan hasil yang hampir sama, dan pengukuran Webb hampir sama persis dengan pengukuran Hubble. Perbedaan antara pengukuran kurang dari 2% – jauh lebih kecil dibandingkan perbedaan sekitar 8-9% yang dihasilkan oleh ketegangan Hubble.

Perjanjian ini mungkin tampak seperti konfirmasi sederhana, namun sebenarnya memperdalam salah satu misteri terbesar astronomi. Para ilmuwan sekarang percaya bahwa perbedaan ini mungkin menunjukkan adanya bagian yang hilang dalam pemahaman kita tentang kosmos. Penelitian terbaru mengungkapkan bahwa komponen misterius yang disebut materi gelap dan energi gelap membentuk sekitar 96% isi alam semesta dan mendorong percepatan perluasannya. Namun komponen eksotik ini pun tidak sepenuhnya menjelaskan ketegangan Hubble.

“Salah satu penjelasan yang mungkin mengenai ketegangan Hubble adalah jika ada sesuatu yang hilang dalam pemahaman kita tentang alam semesta awal, seperti komponen materi baru—energi gelap awal—yang memberikan dorongan tak terduga pada alam semesta setelah big bang,” jelas Marc. Kamionkowski, seorang kosmolog Johns Hopkins. “Dan ada gagasan lain, seperti sifat materi gelap yang lucu, partikel eksotik, perubahan massa elektron, atau medan magnet purba yang mungkin bisa membantu. Para ahli teori mempunyai izin untuk menjadi sangat kreatif.”

Apakah teka-teki kosmik ini menuntun kita untuk menemukan bentuk-bentuk energi baru, partikel-partikel eksotik, atau ilmu fisika yang benar-benar baru, satu hal yang pasti: alam semesta memperluas pemahaman kita sama seperti alam semesta mengembang sendiri. Dan terima kasih kepada Webb dan Hubble, kami siap melakukannya.