Seberapa Cepat Alam Semesta Mengembang

Seberapa Cepat Alam Semesta Mengembang. Dengan menggunakan teknologi dan teknik canggih, tim astrofisikawan Universitas Clemson telah menambahkan pendekatan baru untuk mengkuantifikasi salah satu hukum paling mendasar di alam semesta.

Dalam sebuah makalah yang diterbitkan Jumat, 8 November, di The Astrophysical Journal, ilmuwan Clemson Marco Ajello, Abhishek Desai, Lea Marcotulli dan Dieter Hartmann telah berkolaborasi dengan enam ilmuwan lain di seluruh dunia untuk merancang pengukuran baru Hubble Constant, unit dari  ukuran yang digunakan untuk menggambarkan laju ekspansi alam semesta.

“Kosmologi adalah tentang memahami evolusi alam semesta kita — bagaimana ia berevolusi di masa lalu, apa yang dilakukannya sekarang, dan apa yang akan terjadi di masa depan,” kata Ajello, seorang profesor di departemen Fakultas Ilmu Pengetahuan fisika dan astronomi .

“Pengetahuan kami bertumpu pada sejumlah parameter — termasuk Konstan Hubble — yang kami usahakan untuk mengukur setepat mungkin. Dalam makalah ini, tim kami menganalisis data yang diperoleh dari teleskop yang mengorbit dan berbasis di darat untuk menghasilkan salah satu yang terbaru  pengukuran belum seberapa cepat alam semesta berkembang. “

Konsep alam semesta yang mengembang (berhubungan dengan seberapa cepat alam semesta mengembang) diajukan oleh astronom Amerika Edwin Hubble (1889-1953), yang merupakan senama untuk Hubble Space Telescope.  Pada awal abad ke-20, Hubble menjadi salah satu astronom pertama yang menyimpulkan bahwa alam semesta terdiri dari banyak galaksi.  Penelitian selanjutnya mengarah pada penemuannya yang paling terkenal: bahwa galaksi bergerak menjauh satu sama lain dengan kecepatan sebanding dengan jaraknya.

Hubble awalnya memperkirakan tingkat ekspansi menjadi 500 kilometer per detik per megaparsec, dengan megaparsec setara dengan sekitar 3,26 juta tahun cahaya.

Hubble menyimpulkan bahwa sebuah galaksi yang berjarak dua megaparsec dari galaksi kita surut dua kali lebih cepat dari galaksi yang hanya berjarak satu megaparsec.

Perkiraan ini dikenal sebagai Konstan Hubble, yang membuktikan untuk pertama kalinya bahwa alam semesta mengembang.  Sejak itu, para astronom telah mengkalibrasi ulang — dengan hasil beragam — sejak saat itu.

Dengan bantuan teknologi yang meroket, para astronom membuat pengukuran yang berbeda secara signifikan dari perhitungan asli Hubble – memperlambat laju ekspansi hingga antara 50 dan 100 kilometer per detik per megaparsec.  Dan dalam dekade terakhir, instrumen ultra-canggih, seperti satelit Planck, telah meningkatkan presisi pengukuran asli Hubble dengan cara yang relatif dramatis.

Dalam sebuah makalah berjudul “Pengukuran Baru Konstan Hubble dan Materi Materi Semesta menggunakan Extragalactic Background Light-Gamma Ray Attenuation,” tim kolaboratif membandingkan data pelemahan sinar gamma terbaru dari Fermi Gamma-ray Space Telescope dan Imaging Atmospheric  Teleskop Cherenkov untuk menyusun estimasi mereka dari model lampu latar extragalactic.

Strategi baru ini menghasilkan pengukuran sekitar 67,5 kilometer per detik per megaparsec.

Sinar gamma adalah bentuk cahaya yang paling energik.  Extragalactic background light (EBL) adalah kabut kosmik yang terdiri dari semua sinar ultraviolet, cahaya tampak dan inframerah yang dipancarkan oleh bintang-bintang atau dari debu di sekitarnya.

Ketika sinar gamma dan EBL berinteraksi, mereka meninggalkan jejak yang dapat diamati – hilangnya aliran secara bertahap – yang dapat dianalisis oleh para ilmuwan dalam merumuskan hipotesis mereka.

“Komunitas astronomi menginvestasikan sejumlah besar uang dan sumber daya dalam melakukan kosmologi presisi dengan semua parameter yang berbeda, termasuk Konstan Hubble,” kata Dieter Hartmann, seorang profesor di bidang fisika dan astronomi.

“Pemahaman kita tentang konstanta fundamental ini telah mendefinisikan alam semesta seperti yang kita kenal sekarang. Ketika pemahaman kita tentang hukum menjadi lebih tepat, definisi kita tentang alam semesta juga menjadi lebih tepat, yang mengarah pada wawasan dan penemuan baru.”

Sebuah analogi umum dari ekspansi alam semesta adalah balon yang dihiasi bintik-bintik, dengan setiap titik mewakili galaksi.  Ketika balon diledakkan, bintik-bintik menyebar semakin jauh.

“Beberapa berteori bahwa balon akan mengembang ke titik waktu tertentu dan kemudian runtuh kembali,” kata Desai, asisten peneliti lulusan di departemen fisika dan astronomi.

“Tetapi kepercayaan yang paling umum adalah bahwa alam semesta akan terus mengembang sampai semuanya terpisah begitu jauh sehingga tidak ada lagi cahaya yang dapat diamati.

Pada titik ini, alam semesta akan mengalami kematian yang dingin. Tetapi ini tidak perlu kita khawatirkan.  Jika ini terjadi, itu akan menjadi triliunan tahun dari sekarang. “

Tetapi jika analogi balon itu akurat, apakah itu, tepatnya, yang meledakkan balon itu?

“Materi – bintang-bintang, planet-planet, bahkan kita – hanyalah sebagian kecil dari keseluruhan komposisi alam semesta,” Ajello menjelaskan.  “Sebagian besar alam semesta terdiri dari energi gelap dan materi gelap.

Dan kami percaya itu adalah energi gelap yang ‘meledakkan balon.’  Energi gelap mendorong benda-benda menjauh satu sama lain. Gravitasi, yang menarik benda ke arah satu sama lain, adalah kekuatan yang lebih kuat di tingkat lokal, itulah sebabnya beberapa galaksi terus bertabrakan. Tetapi pada jarak kosmik, energi gelap adalah kekuatan dominan. “

Penulis kontribusi lainnya adalah penulis utama Alberto Dominguez dari Complutense University of Madrid;  Radek Wojtak dari University of Copenhagen;  Justin Finke dari Laboratorium Penelitian Angkatan Laut di Washington, D.C .;  Kari Helgason dari Universitas Islandia;  Francisco Prada dari Instituto de Astrofisica de Andalucia;  dan Vaidehi Paliya, seorang mantan peneliti postdoctoral dalam kelompok Ajello di Clemson yang sekarang di Deutsches Elektronen-Synchrotron di Zeuthen, Jerman.

“Sungguh luar biasa bahwa kita menggunakan sinar gamma untuk mempelajari kosmologi. Teknik kami memungkinkan kita untuk menggunakan strategi independen — metodologi baru yang tidak bergantung pada yang ada — untuk mengukur sifat-sifat penting alam semesta,” kata Dominguez, yang juga mantan postdoctoral.  peneliti dalam kelompok Ajello.  “Hasil kami menunjukkan kematangan yang dicapai dalam dekade terakhir oleh bidang yang relatif baru dari astrofisika berenergi tinggi.

Analisis yang kami kembangkan membuka jalan untuk pengukuran yang lebih baik di masa depan menggunakan Cherenkov Telescope Array, yang masih dalam pengembangan dan akan  menjadi array paling ambisius dari teleskop berenergi tinggi di darat yang pernah ada. “

Banyak teknik yang sama yang digunakan dalam makalah ini berkorelasi dengan pekerjaan sebelumnya yang dilakukan oleh Ajello dan rekan-rekannya.

Dalam proyek sebelumnya, yang muncul dalam jurnal Science, Ajello dan timnya mampu mengukur semua cahaya bintang yang pernah dipancarkan dalam sejarah alam semesta.

“Apa yang kita ketahui adalah bahwa foton sinar gamma dari sumber-sumber extragalactic bergerak di alam semesta menuju Bumi, di mana mereka dapat diserap dengan berinteraksi dengan foton dari cahaya bintang,” kata Ajello.

“Tingkat interaksi tergantung pada panjangnya perjalanan di alam semesta. Dan panjangnya perjalanan bergantung pada ekspansi. Jika ekspansi rendah, mereka menempuh jarak yang kecil. Jika ekspansi besar, mereka menempuh jarak yang sangat besar.

Jadi jumlah penyerapan yang kami ukur sangat bergantung pada nilai Konstan Hubble. Apa yang kami lakukan adalah membalikkannya dan menggunakannya untuk membatasi laju ekspansi alam semesta (seberapa cepat alam semesta mengembang-pent). “

Sumber: https://phys.org/news/2019-11-scientists-refine-quickly-universe.html

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.