Banyak dari kita tidak menyadari bahwa nasib Semesta, diatur oleh hukum Teori Relativitas Umum, dan yang dimulai dengan Dentuman Besar 13,8 miliar tahun yang lalu, telah ditentukan sebelumnya sejak kelahirannya. Kondisi awal adalah perlombaan antara ekspansi primer, yang berfungsi untuk menyebarkan materi dan energi ke samping, dan gravitasi, yang berfungsi untuk menyatukan segala sesuatu, memperlambat ekspansi dan, jika mungkin, memadatkan Alam Semesta dalam keruntuhan. Jika kita tahu bagaimana Semesta berkembang, dan bagaimana hal itu terjadi di masa lalu, kita dapat menghitung apa yang terkandung di dalamnya dan bagaimana nasibnya nanti - tetapi hanya jika kita mampu
mengukur masa lalu secara akurat.
Minggu ini saya menerima sejumlah besar pertanyaan tentang pelaporan
berita bahwa Semesta berkembang lebih cepat dari yang diperkirakan. Masalahnya adalah ini: jika nasib Semesta tergantung pada kecepatan ekspansi, saat ini dan masa lalu, dan kami mengukurnya dengan tidak tepat, dapatkah kesimpulan kita tentang Semesta juga salah? Mungkinkah tidak ada energi gelap di dalamnya? Mungkinkah Semesta tidak mempercepat sama sekali dari kita? Bisakah kecepatan ekspansi melambat dan menjadi kompresi besar di masa depan? Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini, Anda perlu beralih ke dasar ilmiah tentang apa yang terjadi.
Cara paling sederhana untuk mengukur perluasan alam semesta adalah dengan mengamati benda-benda yang sudah kita kenal. Ini adalah bintang individual, galaksi berputar, supernova, dll. Kita dapat mengukur kecerahan dan pergeseran merah yang terlihat. Jika kita mengetahui kecerahan sebenarnya dari suatu objek - dan untuk objek yang dipelajari dengan baik kita tahu itu - dan mengukur kecerahannya, kita dapat menghitung seberapa jauh itu, sama seperti kita dapat mengetahui jarak ke lampu 60-watt dengan mengukur kecerahan yang terlihat. . Para astronom menyebut benda-benda seperti itu "lilin standar", karena ide ini lahir jauh sebelum bola lampu. Saat alam semesta mengembang, mengukur pergeseran merah dan jarak memungkinkan kita mengamati bagaimana ruang mengembang saat ini. Dan bekerja dengan jarak yang semakin jauh, kita dapat mengamati bagaimana laju ekspansi telah berubah seiring waktu.
Konsep ini bekerja untuk banyak objek yang berbeda: bintang Cepheid variabel, fluktuasi pada permukaan galaksi spiral, raksasa merah yang berevolusi, galaksi spiral berputar dan tipe Ia supernova - yang terakhir dapat ditemukan pada jarak terjauh. Kombinasi dari metode-metode ini digunakan pada tahun 90-an dan 2000-an untuk menentukan tingkat ekspansi Hubble di Semesta dengan akurasi luar biasa: 72 ± 7 km / s / Mpc. Ini adalah terobosan dibandingkan dengan perkiraan sebelumnya, mulai dari 50 hingga 100. Teleskop luar angkasa Hubble, yang melakukan pengukuran ini, dinamai demikian karena niat untuk mengukur Hubble konstan!
Tetapi sejak saat itu, kami telah memperbaiki pengukuran lebih lanjut dan mengurangi kesalahan, yang menyebabkan masalah baru: pengukuran yang berbeda memberikan nilai yang berbeda dari tingkat ekspansi.
Salah satu cara untuk mengukur sejarah ekspansi alam semesta adalah dengan beralih untuk mengandalkan radiasi, sisa cahaya dari Big Bang. Fluktuasi dan beberapa sifat umum memungkinkan kita untuk menghitung laju ekspansi. Satelit Planck memberi kita nilai
67 ± 2 km / s / Mpc , yang bertepatan dengan pengukuran sebelumnya, meningkatkan akurasi. Dari kluster galaksi pada skala terbesar (osilasi akustik baryon) yang diukur dalam Sloan Digital Sky Survey dan lainnya, kami memperoleh nilai
68 ± 1 km / s / Mpc . Dan dua dimensi ini memberi kita nilai yang sesuai dengan pengukuran sebelumnya dan satu sama lain. Tetapi jika kita beralih ke data Cepheids dan supernova, ketika kita mempelajari Cepheids dan supernova tipe Ia di galaksi yang sama, kita mendapatkan nilai persis yang sama, yang, bagaimanapun, tidak bertepatan dengan yang lain:
73 ± 2 km / s / Mpc .
Itu sebabnya seluruh keributan terjadi. Beberapa telah mulai menawarkan teori alternatif yang eksotis, seperti
evolusi energi gelap , sementara yang lain sudah mempertanyakan dasar-dasar kosmologi. Tetapi ada kemungkinan, dan bahkan kemungkinan, bahwa masalahnya tidak ada sama sekali. Kesalahan ini tidak termasuk kesalahan sistematis, atau ketidakpastian yang melekat dalam proses pengukuran. Data tentang Cepheids dan supernova memungkinkan kita untuk menciptakan kembali tangga jarak kosmik, di mana setiap langkah Alam Semesta yang mengembang dibangun pada yang sebelumnya lebih dekat. Jika Anda melakukan kesalahan sejak dini:
• dalam pengukuran paralaks Cepheids terdekat,
• standar benda-benda ini,
• sehubungan dengan kecerahan dan jarak langkah-langkah apa pun,
• dalam asumsi kecerahan nyata dari lilin standar,
• tentang lingkungan dari fenomena yang terdeteksi,
maka kesalahan ini akan berlaku untuk semua konstruksi selanjutnya. Meskipun terdapat sedikit ketidakpastian tangga jarak ini, harus dicatat bahwa ada empat metode independen untuk mengkalibrasi konstanta Hubble, dan masing-masing memberikan nilai yang berbeda, dari 71,82 hingga 75,91, dan kesalahan masing-masing sekitar 3.
Diharapkan bahwa pengukuran paralaks yang direncanakan akan meningkatkan ketidakpastian ini dan membantu untuk memahami kesalahan sistematis yang melewati perbedaan-perbedaan ini. Sangat menarik untuk membahas topik-topik yang tidak biasa, tetapi kemungkinan besar, tanda-tanda baru ketidakpastian ini dalam konstanta Hubble menunjukkan peluang untuk lebih memahami fenomena astrofisika, yang dengannya kita memperoleh nilai-nilai ini, dan, mungkin, menyatu pada nilai tunggal dari kecepatan ekspansi, satu untuk semua metode. Apakah nilainya berubah 73, tetap sekitar 70 atau melonjak menjadi 67, hasilnya akan mengubah parameter kami beberapa persen, tetapi tidak pada kesimpulan kami. Mungkin alam semesta tidak berumur 13,8 miliar tahun, tetapi 13,5 miliar; mungkin itu adalah 65%, dan bukan 70%, energi gelap; mungkin dalam 40 miliar tahun Istirahat Besar bisa terjadi. Namun gambaran utama alam semesta akan tetap tidak berubah. Kuncinya, seperti biasa, adalah menemukan dasar-dasar fenomena dan mempelajari apa yang diajarkan Alam Semesta kepada kita.