(Kredit: Foto oleh Andreas Papadopoulos)
Dengan melihat cahaya dari bintang-bintang jauh yang meledak yang disebut supernova, pada tahun 1998 para astronom menemukan bahwa alam semesta tidak hanya mengembang – perluasannya pun semakin cepat. Tapi ada apa di balik percepatan ini?
Masukkan energi gelap. Ini adalah salah satu potongan teka-teki fisika modern yang paling banyak diperdebatkan dan menarik – suatu bentuk energi misterius yang diyakini tersebar secara seragam di seluruh ruang. Dalam model kosmologi modern yang paling diterima saat ini, energi gelaplah yang mendorong percepatan perluasan alam semesta.
Namun bagaimana jika ada penjelasan lain yang tidak melibatkan energi gelap? Sebuah studi baru-baru ini yang menggunakan data dari supernova menunjukkan bahwa mungkin memang ada supernova, dan ini disebut model Timescape.
Temuan ini bisa sangat menantang pemahaman kita tentang kosmos, jadi mari kita selami lebih dalam.
Apa itu energi gelap?
Tulang punggung kosmologi modern adalah model Lambda-Cold Dark Matter (Lambda-CDM). Ini menggambarkan alam semesta di mana energi gelap – dilambangkan dengan Λ, huruf Yunani Lambda – adalah mekanisme pendorong di balik percepatan perluasan alam semesta.
Dengan model ini, galaksi-galaksi menari bersama di bawah pengaruh jaringan materi gelap tak kasat mata yang terbuat dari partikel-partikel berat yang tidak berinteraksi dengan apa pun. Efek materi gelap yang dingin ini hanya dapat diamati melalui gravitasi.
Energi gelap menyumbang hampir 70% dari total anggaran energi alam semesta, namun sifat pastinya masih menjadi salah satu misteri terbesar dalam fisika.
Beberapa penafsiran menyatakan bahwa energi gelap dapat dikaitkan dengan energi ruang hampa, sementara penelitian lain berusaha menggambarkannya sebagai medan energi baru yang berkembang dan tersebar di ruang angkasa.
Dan studi terbaru dari kolaborasi internasional DESI yang menelusuri perluasan alam semesta mengisyaratkan energi gelap mungkin melemah seiring berjalannya waktu.
Mungkin juga teori gravitasi kita saat ini (teori relativitas umum Einstein) tidak lengkap. Mungkin diperlukan perluasan untuk menggambarkan interaksi gravitasi pada skala kosmologis – jarak jutaan hingga miliaran tahun cahaya.
Apa yang dimaksud dengan model Timescape?
Materi – materi gelap, gas, galaksi, gugus bintang, dan gugus super – tidak tersebar secara merata di seluruh kosmos.
Namun untuk model Lambda-CDM, kami mengasumsikan alam semesta bersifat homogen dan isotropik. Artinya, pada skala kosmik, distribusi materi tampak mulus dan seragam. Setiap gumpalan dan celah yang mungkin kita temukan dapat dianggap tidak signifikan karena besarnya skala keseluruhannya.
Sebaliknya, model Timescape memperhitungkan distribusi materi yang tidak merata. Hal ini menunjukkan bahwa jaringan kosmik kita yang rumit – yang terdiri dari galaksi, gugus, filamen, dan ruang hampa kosmik yang luas – secara langsung memengaruhi cara kita menafsirkan perluasan alam semesta.
Ini berarti alam semesta tidak terbentang secara merata.
Menurut model Timescape, laju perluasan alam semesta bervariasi di berbagai wilayah, bergantung pada seberapa padat wilayah tersebut. Parameter kunci dalam model Timescape adalah “fraksi kekosongan”: ini mengkuantifikasi proporsi ruang yang ditempati oleh perluasan rongga.
Gravitasi menentukan bahwa ruang hampa mengembang lebih cepat dibandingkan wilayah yang lebih padat – ruang hampa memiliki lebih sedikit materi untuk menahannya, sehingga ruang dapat meregang lebih leluasa. Hal ini menciptakan efek rata-rata yang dapat meniru percepatan ekspansi yang disebabkan oleh energi gelap di Lambda-CDM.
Singkatnya, model Timescape menunjukkan hal tersebut mungkin saja terjadi muncul bagi kita bahwa perluasan alam semesta semakin cepat. Kecepatan ekspansi bergantung pada lokasi Anda di alam semesta.
Apa yang ditemukan dalam penelitian ini?
Penulis studi baru ini mengamati salah satu koleksi supernova Tipe Ia terbesar, yang disebut kumpulan data Pantheon+. Supernova ini adalah standar andal yang digunakan untuk menguji model kosmologis.
Tim membandingkan dua model utama: standar Lambda-CDM (resep “vanila” alam semesta kami), dan model Timescape.
Saat melihat supernova terang di dekatnya, model Timescape menjelaskan segalanya lebih baik daripada model standar kami. Namun hal ini hanya bersifat statistik, dengan analisis statistik yang menunjukkan preferensi “sangat kuat”.
Bahkan ketika mereka memeriksa supernova yang lebih jauh, yang seharusnya tersebar lebih merata, Timescape masih bertahan sedikit lebih baik daripada model biasanya.
Kesimpulannya? Model Timescape, yang berfokus pada bagaimana “gumpalan dan celah” kosmik mengubah cara kita memandang alam semesta berkembang, mungkin lebih baik dalam menangkap sifat sebenarnya dari perluasan alam semesta kita. Hal ini terutama terjadi di alam semesta terdekat – kita memiliki banyak ruang kosong dan filamen di dekat kita, yang akan memengaruhi cara kita melihat perluasannya.
Lalu seberapa kuat buktinya?
Ada peringatan penting. Analisis ini tidak memperhitungkan kecepatan khusus – pergerakan galaksi kecil dan acak yang dapat memengaruhi pengukuran supernova. Mereka juga tidak memperhitungkan bias Malmquist, ketika supernova yang lebih terang lebih mungkin dimasukkan dalam data hanya karena lebih mudah dideteksi.
Sumber-sumber kesalahan potensial ini dapat berdampak buruk pada hasil mereka. Selain itu, penelitian ini tidak menggunakan kumpulan data supernova DES5 tahun terbaru. Pengumpulan datanya lebih konsisten dan seragam dibandingkan Pantheon+, sehingga berpotensi membuatnya lebih andal untuk perbandingan.
Ada hal lain selain supernova yang saat ini mendukung model Lambda-CDM, terutama osilasi akustik baryon dan pelensaan gravitasi. Pekerjaan di masa depan perlu mengintegrasikannya ke dalam model Timescape.
Namun dengan studi baru ini, model Timescape menawarkan alternatif menarik dibandingkan Lambda-CDM. Intinya adalah bahwa percepatan alam semesta kita hanyalah ilusi karena distribusi materi yang tidak merata dengan ruang kosong kosmik yang besar mengembang lebih cepat daripada wilayah yang lebih padat.
Jika hal ini benar, maka hal ini akan mewakili perubahan paradigma revolusioner dalam kosmologi.
