Studi Supernova Menunjukkan Energi Gelap Mungkin Lebih Rumit Dari Yang Kita Perkirakan

Studi Supernova Menunjukkan Energi Gelap Mungkin Lebih Rumit Dari Yang Kita Perkirakan

Stempel Waktu: 12 Januari 2024 10

Terbuat dari apakah alam semesta? Pertanyaan ini telah mendorong para astronom selama ratusan tahun.

Selama seperempat abad terakhir, para ilmuwan percaya bahwa benda-benda “normal” seperti atom dan molekul yang membentuk Anda, saya, Bumi, dan hampir segala sesuatu yang dapat kita lihat hanya mencakup 5 persen dari alam semesta. 25 persen lainnya adalah “materi gelap”, suatu zat yang tidak diketahui yang tidak dapat kita lihat namun dapat kita deteksi melalui pengaruhnya terhadap materi normal melalui gravitasi.

70 persen sisanya dari kosmos terbuat dari “energi gelap”. Ditemukan pada tahun 1998, ini adalah bentuk energi yang tidak diketahui yang diyakini membuat alam semesta mengembang dengan kecepatan yang terus meningkat.

In sebuah studi baru, akan segera diterbitkan di Jurnal Astronomi, saya dan rekan-rekan saya telah mengukur sifat-sifat energi gelap dengan lebih detail daripada sebelumnya. Hasil kami menunjukkan bahwa ini mungkin merupakan energi vakum hipotetis yang pertama kali diusulkan oleh Einstein—atau mungkin sesuatu yang lebih aneh dan rumit yang berubah seiring waktu.

Apa Itu Energi Gelap?

Ketika Einstein mengembangkan teori relativitas umum lebih dari seabad yang lalu, dia menyadari bahwa persamaannya menunjukkan bahwa alam semesta seharusnya mengembang atau menyusut. Baginya, hal ini tampak salah, jadi dia menambahkan “konstanta kosmologis”—semacam energi yang melekat di ruang kosong—untuk menyeimbangkan gaya gravitasi dan menjaga alam semesta tetap statis.

Belakangan, ketika karya Henrietta Swan Leavitt dan Edwin Hubble menunjukkan bahwa alam semesta memang mengembang, Einstein menghapuskan konstanta kosmologis dan menyebutnya sebagai “kesalahan terbesarnya”.

Namun, pada tahun 1998, dua tim peneliti menemukan bahwa perluasan alam semesta sebenarnya semakin cepat. Hal ini menyiratkan bahwa sesuatu yang sangat mirip dengan konstanta kosmologis Einstein mungkin ada—sesuatu yang sekarang kita sebut energi gelap.

Sejak pengukuran awal tersebut, kami telah menggunakan supernova dan wahana lain untuk mengukur sifat supernova energi gelap. Hingga saat ini, hasil penelitian ini menunjukkan kepadatan energi gelap di alam semesta tampak konstan.

Artinya, kekuatan energi gelap tetap sama, bahkan ketika alam semesta bertumbuh—kekuatan energi gelap tampaknya tidak tersebar semakin tipis seiring dengan semakin besarnya alam semesta. Kami mengukurnya dengan nomor yang disebut w. Konstanta kosmologis Einstein berlaku w hingga –1, dan pengamatan sebelumnya menunjukkan bahwa hal ini benar.

Meledaknya Bintang sebagai Tongkat Pengukur Kosmik

Bagaimana kita mengukur apa yang ada di alam semesta dan seberapa cepat pertumbuhannya? Kita tidak punya pita pengukur besar atau timbangan raksasa, jadi kita menggunakan “lilin standar”: benda-benda di dalamnya ruang yang kecerahannya kita ketahui.

Bayangkan saat itu malam, dan Anda sedang berdiri di jalan yang panjang dengan beberapa tiang lampu. Semua kutub ini mempunyai bola lampu yang sama, namun kutub yang jauh lebih redup dibandingkan kutub yang terdekat.

Sebuah bintang kecil menyeruput material dari bintang yang jauh lebih besar.
Dalam supernova Tipe Ia, katai putih secara perlahan menarik massa dari bintang tetangganya sebelum meledak. Kredit Gambar: NASA/JPL-Caltech, CC BY

Hal ini karena cahaya memudar secara proporsional terhadap jarak. Jika kita mengetahui daya bohlam dan dapat mengukur seberapa terang bohlam tersebut, kita dapat menghitung jarak ke tiang lampu.

Bagi para astronom, bola lampu kosmik yang umum adalah sejenis bintang yang meledak yang disebut supernova Tipe Ia. Ini adalah bintang katai putih yang sering menyedot materi dari bintang tetangganya dan tumbuh hingga mencapai 1.44 kali massa Matahari kita, dan pada saat itulah mereka meledak. Dengan mengukur seberapa cepat ledakan mereda, kita dapat menentukan seberapa terang ledakannya dan seberapa jauh jaraknya dari kita.

Survei Energi Gelap

Grafik Survei Energi Gelap adalah upaya terbesar untuk mengukur energi gelap. Lebih dari 400 ilmuwan di berbagai benua telah bekerja sama selama hampir satu dekade untuk berulang kali mengamati bagian langit selatan.

Pengamatan berulang-ulang memungkinkan kita mencari perubahan, seperti bintang baru yang meledak. Semakin sering Anda mengamati, semakin baik Anda mengukur perubahan ini, dan semakin besar area yang Anda cari, semakin banyak supernova yang dapat Anda temukan.

Foto gedung observatorium yang menyala merah dengan latar belakang langit berbintang.
Teleskop Cerro Tololo Inter-American Observatory 4 meter yang digunakan oleh Dark Energy Survey. Kredit Gambar: Reidar Hahn / Fermilab, CC BY

Hasil pertama menunjukkan adanya energi gelap yang hanya digunakan beberapa lusin supernova. Hasil terbaru dari Survei Energi Gelap menggunakan sekitar 1,500 bintang yang meledak, sehingga memberikan presisi yang jauh lebih tinggi.

Dengan menggunakan kamera yang dibuat khusus yang dipasang pada Teleskop Blanco setinggi 4 meter di Cerro-Tololo Inter-American Observatory di Chili, survei tersebut menemukan ribuan supernova dari berbagai jenis. Untuk menentukan mana yang merupakan Tipe Ia (jenis yang kita perlukan untuk mengukur jarak), kami menggunakan Teleskop Anglo Australia 4 meter di Observatorium Siding Spring di New South Wales.

Teleskop Anglo Australia melakukan pengukuran yang memecah warna cahaya dari supernova. Hal ini memungkinkan kita melihat “sidik jari” dari masing-masing elemen dalam ledakan.

Supernova tipe Ia memiliki beberapa ciri unik, seperti tidak mengandung hidrogen dan silikon. Dan dengan jumlah supernova yang cukup, pembelajaran mesin memungkinkan kami mengklasifikasikan ribuan supernova secara efisien.

Lebih Rumit Dibandingkan Konstanta Kosmologis

Akhirnya, setelah lebih dari satu dekade bekerja dan mempelajari sekitar 1,500 supernova Tipe Ia, Survei Energi Gelap telah menghasilkan pengukuran terbaik baru untuk supernova Tipe Ia. w. Kami menemukan w = –0.80 ± 0.18, jadi berada di antara –0.62 dan –0.98.

Ini adalah hasil yang sangat menarik. Nilainya mendekati –1, namun tidak sepenuhnya tepat. Untuk menjadi konstanta kosmologis, atau energi ruang kosong, nilainya harus tepat –1.

Apa dampaknya bagi kita? Dengan gagasan bahwa model energi gelap yang lebih kompleks mungkin diperlukan, mungkin model energi misterius ini telah berubah sepanjang kehidupan alam semesta.

Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.

Kredit Gambar: Sisa-sisa supernova Tipe Ia—sejenis bintang yang meledak yang digunakan untuk mengukur jarak di alam semesta. NASA / CXC / U.Texas, CC BY

Stempel Waktu:

Lebih dari Hub Singularity