Misteri Alam Semesta Terbesar Saat Ini

Belum lagi orang bisa memecahkan misteri tentang materi gelap (dark matter) alam semesta, sekarang ditemukan fenomena yang lebih muskil lagi, yaitu dark energy (energi gelap).
Apa itu dark matter? Apa itu dark energy? Harap tidak keliru diartikan sebagai kuasa kegelapan tempat berkuasanya drakula, hantu, dan lain-lain. Dark energy yang dibahas di sini adalah masalah ilmu pengetahuan alam.

Para astronom bisa mengamati benda-benda langit, seperti bintang dan galaksi, karena benda-benda itu memancarkan cahaya. Benda-benda langit yang menghasilkan cahaya itu dikategorikan sebagai materi terang. Ada benda-benda langit lain yang tidak memancarkan cahaya, seperti lubang hitam (black hole), bintang katai gelap, dan awan gas antarbintang.

Benda-benda gelap itu memang sulit diamati karena tidak langsung memancarkan gelombang yang dapat dideteksi oleh manusia. Kadang-kadang keberadaannya diketahui secara tidak langsung.
Sebagai contoh, keberadaan awan gas antarbintang diketahui dari serapan cahaya bintang di belakang awan itu. Kalau di belakangnya tidak ada bintang, tentu awan antarbintang itu tidak akan terdeteksi.

Contoh lain, sumber sinar-X, Cygnus X-1, diyakini sebagai lubang hitam, bukan karena kelihatan, tetapi karena beberapa fakta mendukung keyakinan itu. Di dekat lubang hitam itu ada sebuah bintang yang sedang diisap oleh lubang hitam itu. Materi yang mengalir dari bintang ke lubang hitam itu memancarkan sinar-X yang kuat. Dari pengamatan sinar-X itulah diyakini ada lubang hitam di sana. Lubang hitam yang berkelana sendirian di angkasa luar, jauh dari benda-benda lain, sulit terdeteksi keberadaannya.

Pengetahuan tentang materi gelap masih terus berkembang. Sekarang bahkan para ahli menduga bahwa kontributor terbesar dark mater adalah WIMP (weakly interacting massive particle) atau partikel bermassa besar tetapi hampir tidak berinteraksi dengan partikel lain.
Materi gelap seperti WIMP ini diduga memberikan kontribusi 25-30 persen dari massa alam semesta. Bintang-bintang hanya 0, 5 persen. Lalu, yang sebagian besar apa? Hasil pengamatan menjurus ke arah dark energy.

Mekanisme

Apa itu dark energy? Bagaimana mekanisme pembentukannya? Apa hubungannya dengan materi biasa? Hukum fisika apa yang berlaku padanya? Berbagai pertanyaan mendasar itu sampai sekarang belum ditemukan jawabannya dengan pasti. Hanya sifatnya yang berlawanan dengan gravitasi yang diketahui. Kalau gravitasi bersifat tarik-menarik, energi gelap dihasilkan oleh sesuatu yang bersifat tolak-menolak (repulsive).
Bayangkan, misalnya, kalau gaya antara kita dengan Bumi tiba-tiba berubah menjadi bersifat tolak-menolak, maka kita akan terlontar ke angkasa, makin lama makin jauh dari Bumi. Mana mungkin kita bisa hidup, mengerikan bukan?

Bagaimana para ilmuwan mengetahui bahwa dark energy itu ada kalau tidak tahu apa penyebabnya? Keberadaan dark energy diketahui dari pengamatan supernova yang terjadi di galaksi-galaksi yang jauh. Sebagaimana kita ketahui, di dalam sebuah galaksi terdapat banyak sekali bintang, bisa mencapai ratusan miliar jumlahnya.

Pada saat terjadi supernova, salah satu bintang di dalam galaksi itu meledak. Demikian dahsyatnya supernova sehingga bintang yang meledak itu tampak jauh lebih cemerlang daripada bintang-bintang lain. Kadang-kadang supernova malah lebih cemerlang daripada jumlah kecemerlangan semua bintang di galaksi induknya.
Supernova adalah ledakan mahadahsyat yang menandai berakhirnya riwayat sebuah bintang bermassa besar. Energi total yang dipancarkan oleh supernova dalam beberapa detik bisa setara dengan pancaran energi sebuah bintang dalam kurun waktu jutaan hingga miliaran tahun.
Output energi supernova jenis tertentu dapat dihitung para astronom berdasarkan sifat-sifat pancaran radiasinya. Supernova-supernova itu ternyata tampak lebih redup daripada yang diperhitungkan secara teoretis.

Jarak jauh

Orang mungkin bisa mengatakan, jaraknya yang jauh itu membuat supernova tampak redup. Namun, meskipun para astronom sudah memasukkan faktor jarak itu ke dalam perhitungan, tetap tidak cukup untuk membuat supernova tampak seredup yang diamati. Berbagai kemungkinan penjelasan sudah dicoba, tetapi hanya pada keberadaan dark energy masih terbuka kemungkinan penjelasan mengapa supernova-supernova itu begitu redup.

Penjelasannya adalah bahwa supernova itu bergerak menjauh dipercepat, artinya galaksi induknya juga menjauh dipercepat. Bahwa galaksi-galaksi bergerak saling menjauh umumnya disepakati oleh para astronom karena fakta pengamatan menunjukkan demikian.
Menurut hukum gravitasi Newton, gerakan saling menjauh itu haruslah melambat karena adanya gaya tarik-menarik antarbenda di dalam alam semesta. Sama seperti batu yang dilemparkan vertikal ke atas, geraknya makin lama makin lambat karena ketika batu itu bergerak ke atas, ada gaya gravitasi bumi yang menariknya ke bawah.

Yang menjadi masalah adalah pengamatan supernova yang jauh itu mengindikasikan gerakan saling menjauh galaksi-galaksi itu makin lama makin cepat. Apa yang menyebabkan percepatan itu? Mesti ada suatu gaya semesta yang berlawanan sifat dengan gravitasi, yang mendorong galaksi-galaksi—tempat terjadinya supernova itu menjauh. Gaya itu diduga berasal dari dark energy.
Penemuan dark energy ini sangat berpengaruh pada teori tentang alam semesta yang didasarkan pada asumsi bahwa gaya antara dua benda selalu tarik-menarik. Kalau ada gaya tolak antarbenda, berarti asumsi dasar teori alam semesta tidak sepenuhnya benar. Kalau pembuatan dasar sebuah bangunan tidak kuat, bangunan itu bisa runtuh. Apa yang terjadi kalau dasar sebuah teori, seperti teori alam semesta itu, salah? Bisa jadi teori lama akan runtuh dan para ilmuwan harus membangun teori baru.
Untuk menyelidiki dark energy ini lebih jauh, Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) Amerika Serikat merencanakan proyek penelitian baru, yaitu Dark Energy Survey (DES). Kegiatan proyek ini adalah melakukan pengamatan benda-benda redup yang sangat jauh menggunakan teropong berdiameter 4 meter yang dilengkapi dengan detektor yang sangat sensitif.
Lokasi pengamatan adalah di Cero Tololo, daerah pegunungan yang sangat tinggi di Cile, Amerika Selatan. Tujuan utama proyek ini adalah mencari fakta- fakta baru yang berkaitan dengan dark energy yang penuh misteri itu.

Masa perencanaan

Proyek ini sekarang dalam masa perencanaan dan diharapkan pengamatan perdana dapat dilakukan pada tahun 2009. Data ratusan juta bintang, galaksi, kuasar, dan lain-lain akan diperoleh melalui proyek ini dan berpotensi besar untuk menghasilkan berbagai macam penemuan. Diperkirakan, hasil yang diperoleh akan berpengaruh besar terhadap arah perkembangan ilmu pengetahuan, terutama astrofisika, kosmologi, dan fisika partikel.

Riset dark energy ini tidak hanya melibatkan para astronom, tetapi juga fisikawan partikel karena proses-proses energi tinggi di alam semesta selalu melibatkan perubahan partikel elementer yang menjadi ”mainan” para fisikawan partikel. Reaksi partikel elementer apa yang bisa terjadi, partikel apa yang dihasilkan, bagaimana sifat-sifatnya, diselidiki melalui eksperimen di akselerator partikel.
Institusi-institusi riset dan universitas di seluruh dunia dapat ikut serta dalam proyek DES ini, kalau mau, melalui suatu perjanjian kolaborasi dengan Fermilab. Para ilmuwan yang turut serta dalam proyek ini berkesempatan besar menghasilkan penemuan-penemuan besar.

Oleh karena itu, keikutsertaan di dalam proyek DES ini merupakan suatu kesempatan yang bagus bagi para astrofisikawan dan fisikawan Indonesia untuk berada di ujung tombak perkembangan ilmu pengetahuan dan menghasilkan penemuan- penemuan besar.
Riset dengan menggunakan data DES ini jauh lebih murah dengan harapan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan membangun fasilitas sendiri. Oleh karena itu, sangat dianjurkan mengkaji kemungkinan kerja sama ini untuk masa depan sains di Indonesia yang lebih baik.

Oleh : Dr Chatief, Kunjaya Staf Departemen Astronomi ITB