Sekitar 13,8 miliar tahun yang lalu, sebuah peristiwa besar menandai asal mula segalanya, segala sesuatu, di mana saja, dan kapan saja yang membentuk Alam Semesta seperti yang kita kenal saat ini.
Penyebab dan momen pertama dari peristiwa ini tetap menjadi pertanyaan besar yang sangat menarik bagi para ilmuwan, termasuk pembentukan bintang-bintang pertama.
10-33 Detik Pertama: Periode Inflasi Alam Semesta
Lama waktu dari "Periode Inflasi" ini masih belum jelas, namun sering kali digambarkan berlangsung dalam hitungan fraksi detik, yaitu sekitar 10^-33 detik. Periode ini sangat singkat, bahkan lebih banyak momen seperti ini yang dapat dimuat dalam satu detik dibandingkan dengan jumlah detik sejak terjadinya ledakan. Memahami Alam Semesta yang sangat muda menjadi tantangan besar karena kondisi ekstrem yang ada pada saat itu.
Pada awalnya, Alam Semesta dimulai dalam ukuran yang sangat kecil, lebih kecil dari partikel subatomik apapun, dan berkembang dalam waktu yang sangat singkat. Kepadatan dan suhu pada waktu itu jauh lebih tinggi daripada yang kita lihat saat ini. Untuk menyelidiki kondisi awal ini, para ilmuwan di Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian melakukan penelitian di tempat-tempat terpencil seperti Kutub Selatan, yang memiliki udara kering, menyediakan kondisi yang sangat baik untuk mengamati Cosmic Microwave Background (CMB). Instrumen seperti BICEP3, Keck Array, dan South Pole Telescope dirancang untuk mendeteksi jejak-jejak Inflasi pada CMB.
Awan Hidrogen dan Sinyal Kosmik
Awan-awan besar hidrogen mengemisikan gelombang radio pada frekuensi tertentu. Dengan mempelajari sinyal-sinyal ini, astronom dapat mengukur pergerakan galaksi. Selain itu, LEDA, melalui teleskop radio khusus, mencari sinyal-sinyal lemah dari hidrogen yang terbentuk pada akhir zaman kegelapan kosmik, kurang dari 100 juta tahun setelah ledakan besar. Penelitian ini bertujuan untuk memahami bagaimana galaksi-galaksi pertama, bintang-bintang pertama, dan lubang hitam terbentuk.
Simulasi Pembentukan Bintang
Untuk melengkapi penelitian ini, para ilmuwan di CFA Institute for Theory and Computation menjalankan simulasi mengenai Alam Semesta yang masih muda, menunjukkan bagaimana awan hidrogen tumbuh cukup besar untuk membentuk bintang pertama. Bintang-bintang ini, kemungkinan besar jauh lebih besar dari Matahari kita, membakar bahan bakarnya dengan sangat cepat dan sering berakhir dalam ledakan supernova yang dramatis, yang mungkin menghasilkan lubang hitam dalam proses tersebut. Lubang hitam ini mungkin berkontribusi pada pembentukan lubang hitam supermasif yang kita lihat hari ini di pusat-pusat galaksi.
Periode Inflasi
Periode Inflasi setelah ledakan besar diyakini telah menyebabkan ekspansi luar biasa pada Alam Semesta, memungkinkannya berkembang hingga 10^26 kali ukurannya dalam waktu kurang dari sepersekian detik. Pertumbuhan yang sangat cepat ini memproyeksikan fluktuasi kuantum kecil ke dalam ruang kosmos yang sangat luas, menciptakan variasi distribusi materi yang membentuk struktur dasar Alam Semesta.
Seiring dengan berkembangnya Alam Semesta, partikel subatomik mendingin dan membentuk atom hidrogen, memungkinkan cahaya untuk bergerak bebas. Cahaya yang sangat lemah ini, yang disebut Cosmic Microwave Background (CMB), tetap ada hingga sekarang sebagai radiasi tertua yang dapat diamati dari Alam Semesta, yang berasal ketika Alam Semesta baru berusia sekitar 380.000 tahun. CMB masih menyimpan jejak-jejak dari Periode Inflasi, memberikan pandangan ke dalam momen-momen awal Alam Semesta.
Melebihi Inflasi
Meskipun teori Inflasi sangat diterima secara luas, ada teori-teori lain yang mengusulkan asal-usul berbeda, seperti pemulihan kosmik dari kehancuran sebelumnya. Para ilmuwan terus mengeksplorasi ide-ide ini dengan melakukan eksperimen dan pengamatan untuk menentukan asal mula sejati dari Alam Semesta.
Zaman Kegelapan Kosmik: Munculnya Bintang dan Lubang Hitam
Setelah Alam Semesta cukup dingin untuk memungkinkan terbentuknya atom, ia bertransisi dari tempat yang panas dan terang menjadi tempat yang dingin dan gelap. Gravitasi memperkuat perbedaan kecil dalam distribusi gas, membentuk awan-awan besar hidrogen dan ruang kosong yang sangat luas. Ketika gravitasi menyebabkan awan-awan ini runtuh, bintang-bintang pertama mulai terbentuk.
Para ilmuwan berhipotesis bahwa bintang-bintang pertama jauh lebih besar dan lebih pendek umurnya dibandingkan dengan bintang-bintang yang ada saat ini. Ketika bintang-bintang ini mati, lubang hitam besar mungkin terbentuk dalam jumlah yang sangat banyak, yang kemungkinan besar menumbuhkan lubang hitam supermasif yang ditemukan di pusat-pusat galaksi saat ini. Era ini dikenal dengan sebutan "zaman kegelapan kosmik," karena tidak ada pengamatan langsung yang dapat menguji hipotesis-hipotesis ini.
Para ilmuwan di Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian telah menciptakan Large Aperture Experiment to Detect the Dark Ages (LEDA) untuk menemukan formasi bintang dan lubang hitam pertama, memberikan wawasan lebih lanjut mengenai kondisi Alam Semesta sebelum kelahiran bintang-bintang.
