STUDI FUNDAMENTAL RADIASI LATAR GELOMBANG MIKROKOSMIK ALAM SEMESTA.

Transkripsi

1 STUDI FUNDAMENTAL RADIASI LATAR GELOMBANG MIKROKOSMIK ALAM SEMESTA. Yeyen, Muhammad Yusuf *, Ahmad Zainuri ** Jurusan Fisika, Program Studi S1. Pend. Geografi F.MIPA Universitas Negeri Gorontalo ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari dan mengetahui studi fundamental radiasi latar gelombang mikrokosmik pada awal alam semesta saat ini sehingga berekspansi. Dan ingin memperkenalkan kepada khalayak ramai khususnya di dunia pendidikan mengenai perkembangan alam semesta saat ini. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode kajian pustaka yakni dengan mengumpulkan data melalui jurnal text book, buku buku penunjang lainnya serta literature yang relevan. Sebagai kesimpulan dari kajian penelitian ini adalah bahwa Radiasi latar gelombang mikrokosmik berasal dari sisa sisa cahaya dari big bang dimana foton dan elektron berada dalam kesetimbangan melalui thomson berserakan, pada saat itu alam semesta benar- benar buram. Selama perluasan alam semesta, foton menjadi berkurang sehingga foton tersebut tidak mampu mengionisasi nukleon. Saat nukleon dan elektron membentuk atom (rekombinasi) maka terjadi decoupling, karena foton sudah tidak bertabrakan maka radiasi latar gelombang mikrokosmik dapat diamati. Sebelum masa rekombinasi terjadi pada waktu itu alam semesta buram akan tetapi setelah masa rekombinasi alam semesta menjadi transparan, luas, dingin dan mengembang. CMBR dapat diamati melalui satelit diantarnya yaitu satelit Planck, COBE, dan WMAP. Menurut beberapa penelitian bahwa Suhu rata rata pada radiasi latar gelombang mikrokosmik adalah 2,73 K. Kata kunci : Radiasi, CMB ( Latar Gelombang Mikrokosmik ). I. PENDAHULUAN Kosmologi adalah ilmu yang mempelajari evolusi dan pembentukan alam semesta. Seperti dalam ilmu lainnya, ada hubungan antara teori dan eksperimen dalam kosmologi. Meskipun ada beberapa teori tentang bagaimana alam semesta dimulai, yang paling banyak diterima adalah Teori Big Bang. Ini berarti bahwa alam semesta itu dimulai dari titik yang kecil kemudian diperluas akhirnya mendingin dan memadat sehingga terbentuk bintang, planet dan galaksi. Pertama, Teori Big Bang memprediksi bahwa alam semesta mengembang. Jika ini benar, maka kita harus melihat semua galaksi lain bergerak menjauhi kita dengan kecepatan yang tergantung pada seberapa jauh galaksi. Alam Semesta kita begitu menakjubkan, mulai dari bintang yang lahir dan mati, planet-planet yang mengitari Matahari, sinar kosmik, dan hal-hal misterius lainnya yang masih misteri dalam ilmu sains manusia. Ada dua cabang ilmu dasar yang mempelajari alam semesta, yaitu astronomi dan kosmologi. 1

2 Astronomi mempelajari benda-benda angkasa di luar Bumi dan merupakan salah satu ilmu tertua dalam peradaban manusia. Dan kosmologi adalah ilmu yang mempelajari struktur dan sejarah alam semesta berskala besar. Peristiwa ledakan maha dahsyat (big bang) menghasilkan spektrum radiasi kosmik, karakteristik peristiwa itu akan terlihat di langit. Penemuan latar gelombang mikrokosmik merupakan salah satu tiang-tiang tengah kosmologi modern, karena keberadaannya di hasilkan dari Teori Big Bang. (Bartelmann, 2000 : 1 ). Dengan mempelajari ilmu kosmologi kita dapat mengetahui sesuatu yang luar biasa di jagad raya ini yaitu radiasi latar gelombang mikrokosmik (Winstein, 1989). Alam semesta dimulai sekitar 15 miliar tahun yang lalu. Radiasi latar gelombang mikrokosmik (CMBR) dilepaskan selama era decoupling harus melakukan perjalanan cukup lama hampir gentar sampai saat ini, dimana kita mengamati wilayah spektrum gelombang sebagai latar gelombang mikrokosmik (CMB). Radiasi latar gelombang mikrokosmik diprediksi oleh teori ledakan maha dahsyat yang bersuhu panas dan ditemukan pada suhu antena 3 K pada tahun 1964 oleh Penzias & Wilson (1965). Kandungan energi radiasi dari luar galaksi kita didominasi oleh latar gelombang mikrokosmik (CMB). Pengukuran pada latar gelombang mikrokosmik (CMB) yang tepat sangat penting dalam kosmologi, karena setiap mengusulkan model alam semesta harus menjelaskan fitur dari radiasi ini. Upaya untuk mengetahui apakah Radiasi latar gelombang mikrokosmik (CMB) ini benar ada yaitu terlebih dahulu mempelajari teori big bang, dimana Radiasi latar gelombang mikrokosmik (CMB) ini merupakan sisa-sisa dari teori big bang (ledakan maha dahsyat), dan dari peristiwa big bang inilah alam semesta berekspansi sampai saat ini dengan ditemukannya radiasi latar gelombang mikrokosmik karena radiasi latar gelombang mikrokosmik ini adalah bukti kuat adanya teori ledakan dahsyat. Dengan ini radiasi latar gelombang mikrokosmik ini sangat bagus untuk dipelajari dan diperkenalkan kepada mahasiswa dan khalayak ramai khususnya didunia pendidikan penelitian tentang alam semesta ini. karena radiasi latar gelombang mikrokosmik di alam semesta ini masih kurang bahkan tidak ada seseorang yang ingin mengetahui dan mempelajarinya. Berdasarkan uraian diatas, maka yang menjadi tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengkaji radiasi latar gelombang mikrokosmik alam semesta pada saat ini sehingga berekspansi. 2

3 Radiasi adalah fenomena/peristiwa penyebaran energi gelombang elektromagnetik atau partikel subatom melalui vakum atau media material. Radiasi kosmik terdiri dari radiasi kosmik primer yang berasal dari luar angkasa dan masuk ke atmosfir bumi, dan radiasi kosmik sekunder yang terjadi akibat interaksi antara radiasi kosmik primer dengan unsur-unsur di angkasa. (Raine,2001). Bagian terbesar dari radiasi kosmik primer adalah radiasi Bima Sakti primer yang berasal dari sistem tata surya, terutama partikel yang berasal dari flare matahari seperti partikel proton (90 %) dan partikel alfa (10%). Selain itu, dalam jumlah yang kecil terdapat inti atom, elektron, foton, dan neutrino. Besarnya fluks radiasi kosmik yang masuk kebumi dipengaruhi oleh medan magnet bumi dan aktivitas matahari. Komposisi alam semesta pada saat itu terdiri dari 12 % atom, 15 % photons, 10 % neutrino dan 63 % dark matter (Alles, 1979 ). Melihat asal - usul Big Bang model pertama datang pada relativitas, Albert Einstein pada tahun Dari ini teori persamaan Friedmann dapat diturunkan dan persamaan ini menyiratkan semesta bebas-statis. Namun Einstein sendiri yakin alam semesta statis dan karena itu dia memperkenalkan konstanta kosmologi disebut dalam versi lainnya teori relativitas umum. Konstanta kosmologi ini adalah hanya trik matematika untuk mendapatkan hasil yang diinginkan, alam semesta statis. (Jansen,2006 : 3). Daya spektrum di anisotropi ini sesuai dengan skala dimana akustik osilasi cairan dari foton-barion disebabkan oleh kepadatan primordial inhomo. (Gawiser,2000 :8). Sekitar 400 juta tahun setelah Big Bang, alam semesta mulai keluar dari kegelapan. Periode ini dalam evolusi alam semesta disebut era reionisasi. Interaksi antara post-decoupling terionisasi dengan CMB telah dipengaruhi anisotropi pada skala yang lebih kecil. Pengukuran yang diukur oleh COBE adalah sangat penting untuk dilakukan percobaan. Awal reionization mengarah kearah yang lebih besar kedalaman optik dan karena itu lebih besar redaman anisotropi daya spektrum karena penyebaran sekunder CMB foton bebas dari electron. Mencoba untuk mengukur suhu anisotropi pada sudut skala kurang dari yang sesuai dengan ukuran galaksi bisa menyebabkan suatu kejutan. Jika alam semesta reionized setelah rekombinasi sejauh bahwa CBR secara signifikan tersebar di pergeseran merahnya kurang dari Untuk memiliki cukup optic kedalaman untuk interaksi foton-materi, reionization tidak terjadi pada lambat pergeseran merah. Skala besar anisotropi seperti yang terlihat oleh COBE tidak diharapkan akan terpengaruh oleh reionization karena 3

4 mencakup daerah alam semesta. Namun, rupanya tinggi amplitiude dariskala anisotropi adalah argumen yang kuat terhadap kemungkinan awal (z 50) reionization. Pada menit busur skala, interaksi foton dengan masalah reionized diharapkan telah dihapuskan primordial anisotropi dan menggantinya dengan anisotropi sekunder lebih kecil dari permukaan. (Gawiser,2000:11). II. METODE PENULISAN Penelitian ini dilakukan secara teoritik yang dilaksanakan di ruang Kajian Keilmuan Fisika Teori, Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Gorontalo. Waktu pelaksanaan penelitian ini dilakukan melalui tahapan tahapan dengan jangka waktu selama 3 bulan lebih yaitu pada bulan april sampai dengan juni. Penelitian dilakukan secara teoritik dengan melakukan studi pustaka untuk mempelajari lebih lanjut tentang studi fundamental radiasi latar gelombang mikrokosmik di alam semesta. III. HASIL DAN PEMBAHASAN Seperti disebutkan sebelumnya, pada radiasi latar gelombang mikrokosmik menunjukkan bahwa alam semesta transparan. Hal ini terjadi ketika partikel-partikel kosmik plasma dapat bergabung dan membentuk atom. Rekombinasi ini terjadi sekitar tahun, di mana alam semesta berubah dari yang awalnya buram menjadi transparan. (Baarsma,2008). Pada awalnya radiasi latar gelombang mikrokosmik telah muncul karena adanya ledakan dahsyat atau dikenal dengan teori big bang. CMB adalah sisa sisa cahaya dari big bang. CMB ini pertama kali ditemukan oleh Arno Penzias pada tahun Pada tahun1915 Einstein menyiratkan bahwa alam semesta itu bebas statis yang dibenarkan melalui teori relativitas umum. Akan tetapi pada tahun 1929, menurut Hubble galaksi bergerak menjauh dari bumi dengan kecepatan yang sebanding dengan jarak dari bumi, Einstein percaya bahwa alam semesta itu dimulai dari teori ledakan dahsyat. Hubble meyakinkan kebenarannya melalui persamann friedmaan yaitu : a a 2 8G k 3 a 2 Persamaan cairan: 4

5 a 3 p 0 2 a c Dimana : P = tekanan = masalah kepadatan dialam semesta G = konstanta gravitasi a = faktor skala alam semesta Arti dari scalefactor adalah sebagai berikut; Jika antara dua waktu t1 dan t2 nilai scalefactor memiliki dua kali lipat dalam nilai, maka ini berarti alam semesta telah diperluas dengan dua faktor. Kepadatan yang muncul dalam persamaan Friedmann dan dalam persamaan cairan total kepadatan adalah jumlah kepadatan materi dan radiasi. Dari persamaan cairan beberapa hubungan kepadatan ini dapat diturunkan. Di beberapa titik tahun setelah Big Bang, alam semesta telah didinginkan ke titik di mana masalah menjadi netral, pada titik mana materi alam semesta juga menjadi transparan untuk radiasi. ( Benar-benar terionisasi masalah dapat menyerap setiap gelombang radiasi, netral masalah hanya dapat menyerap panjang relatif sedikit gelombang yang membawa energi yang tepat yang sesuai dengan perbedaan energi antara arus energi elektron ). Suhu di mana transisi ini netral terionisasi (decoupling ) terjadi adalah kira-kira 3000 K. 5

6 Spektrum yang diukur dengan satelit COBE tampak seperti dibawah ini Sumber : F.Smoot Gambar 3. Spektrum CMB yang diukur melalui satelit COBE Grafik diatas memiliki bentuk spektral blackbody. Puncak dalam microwave spektrum menunjukkan suhu 2.73 K. Meskipun suhu ini jelas tidak cukup untuk mengionisasi hidrogen, seluruh spektrum telah mengalami redshifted ( pergeseran merah ) pada saat decoupling ketika suhu 3000 K dengan perluasan alam semesta. Sebagai ruang mengembang, gelombang CMB diperluas oleh faktor yang sama. Hukum Wien's blackbody mengatakan bahwa puncak gelombang spektrum CMB berbanding terbalik dengan suhu radiasi latar gelombang mikrokosmik. Oleh karena itu, penurunan suhu radiasi latar gelombang mikrokosmik dengan faktor 1100 = 3000 K/2.73 K menunjukkan perluasan alam semesta dengan faktor 1100 dari saat decoupling sampai sekarang Pada pengukuruan radiasi latar gelombang mikrokosmik Satelit Planck akan mampu mengamati radiasi latar gelombang mikrokosmik dengan presisi yang lebih tinggi tingkat resolusi. Selain itu, satelit planck akan melakukan pengukuran pada polarisasi latar gelombang mikrokosmik. Satelit planck dapat melakukan pengukuran lebih lanjut tentang alam semesta. ( Baarsma, 2008 : 17 ) 6

7 Berikut ini adalah gambar pengukuran radiasi latar gelombang mikrokosmik : Sumber : Baarsma Gambar 4. Pengukuran Pergantian Resolusi Radiasi Latar Gelombang Mikrokosmik Gambar di atas adalah pengukuran pergantian resolusi radiasi latar gelombang mikrokosmik, untuk menganalisis CMB harus dipisahkan dalam berbagai komponen. Sehingga garis garis pada spektrum secara substansial berbeda. Pengamatan radiasi latar gelombang mikrokosmik ini sangat penting karena tidak hanya mencakup langit, tingkat sudut resolusi akan tetapi mungkin saja mencakup jembatan luas kisaran spektral. Dari ketiga gambar diatas, gambar pertama itu adalah hasil pengukuran radiasi latar gelombang mikrokosmik melalui satelit WMAP dalam jangka waktu 2 tahun, gambar kedua hasil pengukuran radiasi latar gelombang mikrokosmik melalui satelit WMAP dalam jangka waktu 8 tahun dan gambar ketiga pengukuran yang dilakukan oleh satelit planck dalam jangka waktu 1 tahun. Sekitar 72% dari alam semesta terdiri dari energi gelap dan meskipun seluruh alam semesta terdiri dari materi, lebih dari 80% terdiri dari beberapa partikel yang tidak diketahui. Hanya 4,6% alam semesta terdiri dari materi normal. Suhu fluktuasi pada CMBR memiliki temperatur rata rata 2,73 K. Percobaan satelit WMAP telah menemukan peningkatan suhu maksimum dari mk 7

8 menjadi ke arah , b Hasil ini menunjukkan bahwa gerakan tata surya dengan kecepatan ( )c / ( ) = 370 km / s. Warna biru pada gambar tersebut menandakan bahwa suhu pada radiasi latar gelombang mikrokosmik itu dingin dibawah suhu rata rata CMBR dan warna merah menandakan bahwa suhu pada radiasi latar gelombang mikrokosmik berada pada suhu yang panas diatas rata rata suhu pada CMBR. Suhu pada CMBR ini akan berubah - ubah tergantung pada situasi apakah menuju atau menjauh pada garis merah atau garis biru. Alam semesta akan relatif begerak terhadap CMBR sekitar 600 kps atau 375 km / detik. Fluktuasi terjadi dengan cepat sesaat setelah Big Bang dan membentang ketika terjadi pemuaian yang dipercepat atau inflasi. Inflasi merupakan pengembangan alam semesta yang terjadi dalam waktu singkat bahkan lebih singkat dari satu kedipan mata. Setelah dilakukan analisa sifat dan distribusi benih atau cikal bakal bintang dan galaksi yang ada di citra CMB Planck. Untuk mengetahui kerapatan cahaya pada awal pembentukan alam semesta, dapat di buktikan dengan menggunakan persamaan: 2 3H 0 c 8 G Dimana: c Kerapatan Cahaya H 0 = Konstanta Hubble G = Konstanta Gravitasi Dimana nilai tetapan gravitasi G = 6.67x10-11 Nm 2 /kg 2, Dengan menggunakan nilai konstanta hubble yang berbeda, hasil dari perhitungan yang pertama yaitu km/s/mpc Nm 2 /kg dengan nilai H 0 = 71.9 km/s/mpc, hasil 8

9 perhitungan yang ke-2 yaitu km/s/mpc Nm 2 /kg, dengan nilai H 0 =72 km/s/ Mpc, hasil perhitungan ketiga yaitu km/s/mpc Nm 2 /kg, dengan nilai H 0 = 62 km/s/mpc, hasil perhitungan ke empat di dapat km/s/mpc Nm 2 /kg dengan nilai H 0 = 100 km/s/mpc. IV. KESIMPULAN DAN SARAN Radiasi latar gelombang mikrokosmik berasal dari sisa sisa cahaya dari big bang dimana foton dan elektron berada dalam kesetimbangan melalui thomson berserakan, pada saat itu alam semesta benar- benar buram. Selama perluasan alam semesta, foton menjadi berkurang sehingga foton tersebut tidak mampu mengionisasi nukleon. Saat nukleon dan elektron membentuk atom (rekombinasi) maka terjadi decoupling, karena foton sudah tidak bertabrakan maka radiasi latar gelombang mikrokosmik dapat diamati. Sebelum masa rekombinasi terjadi pada waktu itu alam semesta buram akan tetapi setelah masa rekombinasi alam semesta menjadi transparan, luas, dingin dan mengembang. CMBR dapat diamati melalui satelit diantarnya yaitu satelit Planck, COBE, dan WMAP. Menurut beberapa penelitian bahwa Suhu rata rata pada radiasi latar gelombang mikrokosmik adalah 2,73 K. Dalam hal mengkaji permasalahan tentang perkembangan alam semesta kita membutuhkan banyak sumber yang dapat menjelaskan dan menguraikan tentang permasalahan tersebut, terlebih lagi untuk meningkatkan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi yang terus berkembang seiring perkembangan zaman. Adapun saran dalam skripsi ini adalah telah dilihat dari pembahasan dan simpulan bahwa untuk para peminat yang ingin atau tertarik melakukan penelitian lanjutan mengenai radiasi latar gelombang mikrokosmik sebaiknya menggunakan referensi dan jurnal terbaru sebanyak mungkin mengenai CMBR ini agar penelitiannya lebih 9

10 akurat dan perbanyak membaca buku mengenai alam semesta. Penelitian mengenai alam semesta khususnya CMBR sangat bagus dan penting untuk kita ketahui. DAFTAR PUSTAKA Alles,David.1979.The Evolution of the Universe. Western Washington University. Baarsma,jildou.2008.Cosmic Microwave Bacground. Institute for theoretical phisycs utreech university Bartelmann,Matthias.The Cosmic Microwave Background. Translated from Astronomie + Raumfahrt, apopular German astronomy magazine vol.37/2, page 8, 2000 Braatz,Jim et.al The Megamaser Cosmology Project. Gawiser,Erick, The Cosmic Microwave Background Radiation.Arxiv:astroph v1 2 februari 2002 Jansen,Rianne.2006.The Cosmic Microwave Background Radiation Determining Important Cosmological Parameters. Raine,Derek An Introduction to the Scienceof Cosmology. London : Department of Physics and Astronomy University of Leicester,UK Scoot, D dan Smoot Cosmic Microwave Bacground. Columbia : University of British Columbia Smoot, F.George Cosmic Microwave Background Radiation Anisotropies: Their Discovery and Utilization. Nobel Lecture, December 8, 2006 Winstein.B.1989.The Cosmic Background Radiation.Center for cosmological physics the university of Chicago. Chicago illionis