Bagaimana Kita Tahu Kalau Big Bang Benar-benar Terjadi?

Ilustrasi. Kredit: Universe Sandbox 2

Info Astronomy - Teori dominan tentang awal terbentuknya alam semesta di sebagian besar kalangan ilmiah dan akademis adalah Big Bang, dan mengingat banyaknya bukti yang kuat untuk peristiwa yang luar biasa itu, banyak orang tidak lagi menganggapnya sebagai teori. Namun, bagaimana kita tahu Big Bang benar-benar terjadi?

Sederhananya, teori Big Bang menunjukkan bahwa kita hidup di alam semesta yang terus berkembang yang berusia sekitar 14 miliar tahun, dan pada saat-saat awal pembentukannya, semua materi di alam semesta berhamburan dari sebuah titik padat yang tak terbatas yang disebut singualitas.

Materi-materi (partikel subatomik) terbentuk pada mikrodetik pertama alam semesta, dan membutuhkan waktu ratusan ribu tahun untuk saling menyatu. Partikel subatomik tersebut membentuk proton, yang terikat gravitasi untuk membentuk elemen sederhana hingga membentuk bintang, galaksi, asteroid, nebula, bulan, pohon, sungai, dan setiap materi lainnya di alam semesta.

Istilah Big Bang sendiri pertama kali digunakan dalam siaran radio 1949, dan pada awalnya dimaksudkan sebagai kritik terhadap teori tersebut (si penyiar radio pada tahun itu tidak setuju dengan konsep "Big Bang", ia malah memilih teori Steady State tentang terbentuknya alam semesta).

Namun, dari banyaknya bukti yang bisa diamati tentang Big Bang yang telah terdeteksi beberapa dekade sebelumnya, dan juga dipopulerkan oleh orang-orang jenius seperti Albert Einstein. Big Bang telah menjadi teori yang berlaku di komunitas astronomi, karena ini menjelaskan sebagian besar fenomena yang diamati di luar angkasa.

Tapi, Bagaimana Kita Bisa Yakin Kalau Big Bang Terjadi?

Alam Semesta yang Semakin Membesar
Kadang, sains harus bekerja mundur, mengembangkan teori untuk menjelaskan pengamatan, daripada membuat hipotesis baru dan mengujinya. Big Bang adalah contoh sempurna dari "bekerja mundur" ini.

Ketika kita melihat galaksi dan bintang yang jauh di alam semesta kita, muncul sebuah pola aneh: semuanya bergerak menjauh dari kita. Hal ini memunculkan keyakinan bahwa kita berada di alam semesta yang terus berkembang dan membesar.

Karena alam semesta yang diamati ini diketahui semakin berkembang dan membesar, secara logika kita dapat berpikir bahwa segala sesuatu di alam semesta pada awalnya dimulai dari satu titik dan telah berkembang ke segala arah sejak momen awal itu, yang mana saat ini populer dengan istilah Big Bang.

Para astronom bisa tahu bahwa hampir semua material di alam semesta bergerak menjauh dari kita karena "pergeseran merah" dari benda-benda angkasa tersebut. Intinya, ketika sebuah benda bergerak menjauh dari kita (pengamat), gelombang cahaya yang kita deteksi bakal lebih terentang, membuat warnanya lebih merah, bukan lebih biru (yang berarti bergerak mendekat).

Radiasi Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmis
Salah satu bukti lain yang dapat mengonfirmasi terjadinya Big Bang adalah pendeteksian radiasi Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmis (Cosmic Microwave Background/CMB). Pada hari-hari pertama alam semesta, alam semesta berada dalam keadaan kesetimbangan termal, dengan foton secara berkesinambungan dipancarkan dan kemudian diserap. Hal ini kemudian menghasilkan radiasi spektrum benda hitam.

Seiring dengan mengembangnya alam semesta, temperatur alam semesta menurun sehingganya foton tidak lagi dapat diciptakan maupun dihancurkan. Temperatur ini masih cukup tinggi bagi elektron dan inti untuk terus berpisah tanpa terikat satu sama lainnya.

Walau demikian, foton terus "dipantulkan" dari elektron-elektron bebas ini melalui suatu proses yang disebut hamburan Thompson. Oleh karena hamburan yang terjadi berulang-ulang, alam semesta pada masa-masa awalnya akan tampak buram oleh cahaya.

Radiasi CMB. Kredit: Wikimedia Commons

Ketika temperatur jatuh mencapai beberapa ribu Kelvin, elektron dan inti atom mulai bergabung membentuk atom. Proses ini disebut sebagai rekombinasi. Karena foton jarang dihamburkan dari atom netral, radiasi akan berhenti dipancarkan dari materi ketika hampir semua elektron telah berekombinasi.

Proses ini terjadi 379.000 tahun setelah Big Bang, dikenal sebagai zaman penghamburan terakhir. Foton-foton terakhir inilah yang kita pantau pada radiasi latar belakang gelombang mikro kosmis pada masa sekarang.

Pola-pola fluktuasi radiasi latar ini merupakan gambaran langsung alam semesta pada masa-masa awalnya. Energi foton yang berasal pada zaman penghamburan terakhir akan mengalami pergeseran merah seiring dengan mengembangnya alam semesta.

Spektrum yang dipancarkan oleh foton ini akan sama dengan spektrum radiasi benda hitam, namun dengan temperatur yang menurun. Hal ini mengakibatkan radiasi foton ini bergeser ke daerah gelombang mikro. Radiasi ini diperkirakan terpantau di setiap titik pantauan di alam semesta dan datang dari semua arah dengan intensitas radiasi yang (hampir) sama.

Evolusi dan Distribusi Galaksi
Pengamatan mendetail terhadap morfologi dan distribusi galaksi beserta quasar memberikan bukti yang kuat akan terjadinya Big Bang. Perpaduan antara pengamatan dengan teori menunjukkan bahwa galaksi-galaksi beserta quasar-quasar pertama terbentuk sekitar satu miliar tahun setelah Big Bang.

Sejak itu pula, berbagai struktur astronomi lainnya yang lebih besar seperti gugusan galaksi mulai terbentuk. Populasi bintang-bintang terus berevolusi dan menua, sehingga galaksi jauh (yang pemantaunnya menunjukkan keadaan galaksi tersebut pada masa awal alam semesta) tampak sangat berbeda dari galaksi dekat.

Secuil alam semesta yang menunjukkan distribusi galaksi di luar Bimasakti. Kredit: Wikimedia Commons

Selain itu, galaksi-galaksi yang baru saja terbentuk tampak sangat berbeda dengan galaksi-galaksi yang terbentuk sesaat setelah Big Bang. Pengamatan ini membantah model Steady State. Pengamatan pada pembentukan bintang, distribusi kuasar dan gaklasi, sesuai dengan simulasi pembentukan alam semesta yang diakibatkan oleh Big Bang.

Masih Ada Misteri yang Belum Terpecahkan

Sementara sudah banyak pengamatan dan penemuan selama abad yang lalu yang telah membantu mendukung teori Big Bang, masih ada beberapa aspek yang membingungkan para astronom modern saat ini. Misalnya, peran energi gelap dan materi gelap tidak sepenuhnya dipahami, namun diduga memiliki peran besar dalam percepatan alam semesta saat ia mengembang.

Masih ada beberapa perdebatan, seperti bentuk alam semesta, dan nasib akhirnya. Akankah alam semesta kita mengembang selamanya sampai semua energi dikeluarkan dan habis (teori Big Freeze), atau akankah alam semesta kita berakhir dengan "Big Crunch", di mana semua material di alam semesta akhirnya jatuh kembali ke singularitas, memulai seluruh proses Big Bang lagi?

Akan selalu ada pertanyaan tentang Big Bang, tapi para astronom juga menemukan lebih banyak jawaban dari pertanyaannya setiap tahun. Seiring teknologi kita terus membaik dan pengamatan kita terus mendukung teori, hampir tidak mungkin untuk menolak asal usul kehidupan, alam semesta, dan segalanya ... diawali dari Big Bang.

---

Sumber jurnal:

• Wright, E.L. (9 Mei 2009). "What is the evidence for the Big Bang?". Frequently Asked Questions in Cosmology. UCLA, Division of Astronomy and Astrophysics.
• Jonathan Keohane (8 November 1997). "Big Bang theory". NASA's Imagine the Universe: Ask an astrophysicist.
• Singh, S. "Big Bang".