Apakah bintang-bintang pertama dari alam semesta tidak terlihat?
Mengapa tidak cukup untuk mengatakan “biarlah ada terang”
Amati keindahan hidup. Lihatlah bintang-bintang dan bagaimana Anda berlari dengannya.
- Marcus Aurelius
Bayangkan langit malam lho. Jauh dari kota pada malam tanpa bulan, di tempat-tempat paling gelap yang pernah Anda lihat. Seolah-olah Anda berbaring di rumput, dan melihat langit. Anda melihat ke atas, udaranya sejuk, dan langit cerah: tidak ada awan yang terlihat.Apa yang akan kamu lihat
Planet, bintang, terang dan redup, dan bahkan Bimasakti. Tetapi mungkin hal yang paling menakjubkan di langit malam bukanlah kehadiran beberapa cahaya yang tersebar, tetapi bahwa langit gelap di hampir segala arah.Jika Anda memikirkannya, maka tidak ada artinya dalam apa yang terjadi.
Jika ada bintang yang sangat, sangat banyak di alam semesta - sumber cahaya di segala arah - orang akan berharap bahwa di mana pun Anda melihat, garis pandang Anda akan bertemu dengan bintang.Dan jika demikian, Anda tidak akan melihat kegelapan. Setiap titik akan diisi dengan cahaya, tidak peduli seberapa jauh bintang ini, galaksi atau sumber cahaya lainnya.
Ini adalah salah satu paradoks terbesar abad ke-19: paradoks Olbers, yang menunjukkan bahwa gagasan tentang alam semesta tanpa batas yang diisi dengan jumlah bintang tak terbatas yang ditempatkan di seluruh kosmos tidak sesuai dengan kegelapan langit malam.Solusi untuk paradoks ini, tentu saja, adalah ketika kita melihat bagian-bagian terpencil Alam Semesta, kita melihat ke masa lalu. Karena Semesta ada dalam keadaan awal yang panas, padat, dan lebih seragam, ada saat sebelumnya tidak ada bintang di Semesta, karena gravitasi membutuhkan waktu untuk pertama-tama mengumpulkan gas asli menjadi bintang. Jika Anda melihat jarak yang cukup besar, maka tidak akan ada bintang tunggal yang terlihat.
Setelah Big Bang, alam semesta panas, padat dan homogen, dan juga mengembang dan mendingin. Pada usia 380.000 tahun, sudah cukup dingin untuk terbentuknya atom netral untuk pertama kalinya. Tetapi untuk melihat sesuatu, ada dua kendala:1. Tidak ada yang bisa dilihat sampai kita menciptakan sumber cahaya.2. Dan bahkan setelah ini, alam semesta perlu menjadi transparan.Dan meskipun dua masalah ini - pembentukan bintang-bintang pertama dan perolehan semesta transparansi - biasanya digabungkan dengan nama "zaman kegelapan", ini adalah dua masalah terpisah yang harus diselesaikan oleh alam semesta.
Pertama, sebelum pembentukan bintang-bintang pertama, Anda tidak punya apa-apa untuk dilihat. Dan meskipun Semesta awalnya hampir homogen, ada ketidaksempurnaan kecil, misalnya, area di mana materi sedikit lebih dari rata-rata. Seiring waktu, gravitasi menarik semakin banyak materi ke daerah-daerah dengan kepadatan yang meningkat, dan mereka tumbuh menjadi gumpalan materi.Setelah puluhan miliar tahun, benjolan ini telah tumbuh cukup untuk mulai runtuh karena beratnya sendiri. Dan ketika inti dari gumpalan atom dan molekul ini dipadatkan dengan cukup, proses sintesis nuklir - membakar hidrogen dan mengubahnya menjadi helium - akhirnya dimulai!
Tempat-tempat fusi nuklir ini menjadi inti dari bintang pertama di Semesta, menyala terang, dan memancarkan cahaya tampak pertama dari salah satu periode awal Big Bang.Ini terjadi hanya 50 juta tahun setelah kelahiran alam semesta, yang sepertinya merupakan celah yang sangat pendek untuk bintang-bintang. Tapi ada masalah: tidak ada bintang ini yang terlihat oleh kita!
Tentu saja, bintang-bintang ini memancarkan cahaya, seperti bintang-bintang di belakang "nebula gelap" di atas, Barnard 68. Terlihat sangat gelap karena menghalangi cahaya bintang. Mengapa Karena atom dan molekul yang ada di dalamnya berukuran sedemikian rupa sehingga mereka dapat menyerap cahaya tampak.Meskipun masing-masing atom memiliki transisi tertentu di mana mereka dapat menyerap cahaya, terikat dalam konfigurasi yang licik, mereka mampu memblokir seluruh spektrum cahaya tampak. Itu adalah kegelapan yang terbentuk di Semesta selama penampilan bintang-bintang pertama: cahaya diciptakan, tetapi itu tidak dapat mencapai mata kita.Dan apa yang kita lakukan?
Kita perlu mengionisasi atom-atom ini. Lebih tepatnya, reionize, karena sebelum mereka terionisasi: sebelum mereka menjadi netral.Tetapi ini bukan proses yang cepat: ia membutuhkan miliaran milyaran bintang untuk muncul, memancarkan radiasi ultraviolet pengion, dan bertabrakan dengan lebih dari 99% atom netral di alam semesta. Ini adalah proses bertahap, dan dibutuhkan sekitar 550 juta tahun untuk menyelesaikannya!Sampai baru-baru ini, diyakini bahwa reionisasi - fase terakhir dari proses mendapatkan semesta transparansi - terjadi 450 juta tahun setelah Big Bang, tetapi faktor tambahan 100 juta tahun ini ditentukan oleh pengamatan terbaru dari satelit Planck.Tetapi ini tidak berarti bahwa bintang-bintang awal Semesta terbentuk 100 juta tahun lebih lambat dari yang kita duga - seperti yang dibayangkan beberapa penulis.
Ini berarti bahwa bintang-bintang pertama terbentuk jauh lebih awal daripada yang dapat kita lihat, dan ada beberapa dari mereka - dan mereka tidak terbakar cukup lama dan tidak cukup panas - untuk reionisasi Semesta dan membuatnya transparan lebih awal dari 100 juta tahun kemudian .
Tidak cukup hanya dengan mengatakan "biarkan ada cahaya" untuk melihat bintang-bintang pertama: cahaya ini harus dapat bergerak bebas di ruang angkasa!Mereka tidak dapat dilihat dalam spektrum yang terlihat. Tidak masalah seberapa bagus teleskop bagi mereka. Hubble, berapa lama dia mengintip ke bagian-bagian langit ini, dia tidak akan pernah melihat ke belakang sejauh ini untuk melihat bintang-bintang pertama, karena saat itu Semesta buram terhadap cahaya tampak.Tetapi ada harapan, dan Teleskop Luar Angkasa James Webb akan memiliki potensi untuk mewujudkan mimpi ini.
Jika dilihat dalam gelombang yang lebih panjang, struktur atom dan molekul yang berdebu ini dapat transparan bagi mereka. Dan bahkan jika Hubble tidak melihat bintang-bintang ini, James Webb, yang melihat dalam jangkauan inframerah (dan agak jauh), dapat melihat ke masa lalu sampai waktu ketika Semesta buram terhadap cahaya tampak.Dengan kata lain, hanya dalam beberapa tahun, kita mungkin dapat mempelajari bintang pertama Alam Semesta, dan bukan hanya apa yang terjadi setelah ratusan juta tahun ketika Semesta menjadi transparan terhadap cahaya tampak. Sejauh ini, bintang-bintang pertama Semesta mungkin tidak terlihat, tetapi masalahnya ada di mata kita, dan bukan di dalam cahaya!Source: https://habr.com/ru/post/id397715/
All Articles