Berapa Usia Alam Semesta?

Teleskop Ruang Angkasa Hubble (Hubble Space Teleskop - HST) kembali menunjukkan keunggulannya setelah diperbaiki Desember tahun lalu. Setelah berhasil mengkonfirmasi keberadaan sebuah lubang hitam supermassif di pusat galaksi M87 beberapa waktu lalu, kini teleskop ruang angkasa itu digunakan untuk menghitung berapa usia alam semesta. Potensi unik teleskop ruang angkasa ini untuk menghitung harga konstanta Hubble (dengan demikian dapat ditaksir usia alam semesta) memang sudah lama disadari oleh mereka yang memperjuangkan dibangunnya teleskop ruang angkasa tersebut tahun 1960-1970-an. Dan sepertinya harapan mereka ini akan segera menjadi kenyataan.

Tim astronom yang dipimpin bersama oleh Dr. Wendy L. Freedman (Observatories of Carnegie Institute of Washington), Dr. Robert Kennicutt (Steward Observatory, University of Arizona) dan Dr. Jeremy Mould (Mount Stromlo and Siding Spring Observatories, Australian National University), menggunakan HST untuk menghitung jarak galaksi M100 yang terletak di gugus Virgo. Gugus Virgo adalah gugus yang kaya akan galaksi, beranggotakan sekitar 2500 buah galaksi. Untuk mengukur jarak galaksi M100 itu, Dr. Freedman bersama timnya, melakukan pengamatan terhadap 20 buah bintang Cepheid yang terdapat di galaksi tsb. Bintang Cepheid adalah jenis bintang variabel yang kecerlangannya berubah secara periodik karena bintang itu mengerut dan mengembang dengan teratur. Mereka memotret bintang-bintang Cepheid tersebut dengan menggunakan HST sebanyak 12 kali masing-masing selama 1 jam, untuk mengamati perubahan kecerlangan bintang-bintang ini. Pemotretan dilakukan pada waktu-waktu yang sudah diperhitungkan dengan cermat dalam 2 bulan pengamatan. Perioda perubahan kecerlangan Cepheid berbanding lurus dengan luminositasnya. Semakin panjang periode perubahan kecerlangannya, semakin besar massa bintang itu, sehingga luminositasnya akan semakin besar. Dari luminositasnya inilah dapat diturunkan jarak Cepheid itu, yang berarti juga jarak galaksi tersebut. Mereka berhasil menghitung jarak galaksi M100 yaitu 51 juta tahun cahaya dengan ketidakpastian 6 juta tahun cahaya. Dari informasi ini dapat pula dihitung berapa usia alam semesta. "Meskipun ini hanyalah langkah awal dalam program yang sistematis mengukur secara cermat skala, ukuran, dan usia alam semesta, jarak yang baku ke gugus Virgo adalah batu loncatan penting bagi skala jarak ekstragalaktik, dan ia mempunyai implikasi yang besar bagi harga konstanta Hubble," demikian menurut Dr. Freedman.

Pengukuran usia alam semesta yang dilakukan dewasa ini dimulai semenjak akhir tahun 1920-an, ketika Edwin Powell Hubble -- dari pengamatannya -- menemukan kenyataan bahwa alam semesta ini mengembang. Semua galaksi saling menjauh. Semakin jauh jarak galaksi tersebut dari bumi, semakin besar kecepatan menjauh galaksi tersebut. Ini sekarang dikenal sebagai Hukum Hubble. Sebenarnya bukan galaksi itu yang bergerak, tetapi galaksi itu dibawa oleh ruang yang mengembang. Pengembangan ini diakibatkan oleh Big Bang, awal dari keseluruhan materi, ruang, dan waktu. Kosmolog menghitung usia alam semesta dengan mengamati gerak galaksi-galaksi yang saling menjauh ini.

Konstanta Hubble didapat dari kecepatan resesi (menjauh) galaksi dibagi dengan jarak galaksi tersebut dari bumi. Konstanta Hubble ini menyatakan tingkat kecepatan pengembangan alam semesta. Dari konstanta Hubble (H0) inilah diturunkan usia alam semesta. Karena harga H0 tergantung pada jarak galaksi dan kecepatannya, kesalahan pengukuran jarak dan kecepatan galaksi akan mengakibatkan kesalahan perhitungan pada H0, yang akhirnya akan berakibat pada kesalahan penentuan usia alam semesta.

Pekerjaan yang dilakukan Dr. Freedman et al adalah penentuan harga H0. Jarak galaksi M100 telah berhasil mereka hitung dengan mengamati variabel Cepheid menggunakan HST (dengan juga memperhitungkan serapan materi yang berada diantara bumi dan bintang-bintang tersebut). Sedangkan kecepatan resesi galaksi M100 bisa diperoleh melalui spektroskopi, yaitu dengan menghitung berapa besar pergeseran spektrum galaksi dibanding spektrum yang dihasilkan di laboratorium. Maka diperoleh harga H0 = 80 km/s/Mpc dengan ketidakpastian 17 km/s/Mpc. Satu per H0 (1/H0) adalah Hubble Age (HA), yaitu usia alam semesta tanpa materi. Jika alam semesta tidak diisi dengan materi, harga H0 akan konstan sehingga harga 1/H0 adalah waktu yang diperlukan oleh galaksi untuk bergerak sejauh jaraknya yang terukur sekarang ini dengan kecepatan konstan (kecepatan yang diukur dengan spektrometer). Waktu yang diperlukan oleh galaksi ini juga menyatakan usia alam semesta. Namun kita ketahui alam semesta sesungguhnya diisi oleh materi (misalnya: bintang, galaksi, dll), sehingga usia alam semesta akan lebih muda dari HA, karena gravitasi dari materi akan memperlambat pengembangan alam semesta, dan HA menjadi limit atas usia alam semesta. Usia alam semesta sesungguhnya sekitar 2/3 harga HA. Usia alam semesta juga tergantung pada kerapatan alam semesta itu sendiri. Kerapatan alam semesta penting untuk menghitung sejarah alam semesta, karena ia menentukan berapa cepat pengembangan alam semesta ditahan oleh pengaruh gravitasi.

Usia alam semesta yang diperoleh dari harga H0 yang diperoleh Dr. Freedman et al adalah berkisar antara 12 milyar tahun (untuk alam semesta dengan kerapatan rendah) sampai 8 milyar tahun (untuk alam semesta dengan kerapatan tinggi). Besarnya ketidakpastian harga H0 dan usia alam semesta yang diperoleh disebabkan karena kita masih belum mengetahui dengan pasti kerapatan alam semesta kita.

Usaha pengukuran usia alam semesta telah cukup banyak dilakukan. Usia alam semesta yang didapat oleh tim astronom ini serupa dengan usia alam semesta yang diperoleh oleh sebuah tim yang diketahui oleh George Jacoby (Kitt Peak National Observatory) yang menggunakan planetary nebula sebagai penentu jarak. Planetary nebula adalah selubung materi yang dilontarkan oleh bintang tua bermassa rendah, yang bercahaya karena diionosasi oleh radiasi ultraviolet dari inti bintang yang tersisa akibat pelontaran massa tersebut. Dari pengamatan mereka, didapat bahwa semua planetary nebula memiliki kecerlangan yang kurang lebih sama, sehingga dengan membandingkan kecerlangannya itu, jarak sebarang planetary nebula bisa diketahui jika jarak sebuah planetary nebula diketahui. Usaha pengukuran usia alam semesta yang paling akhir (sebelum yang dilakukan oleh tim Dr. Freedman), dilakukan oleh Tim astronom dari Observatorium Mauna Kea (Hawaii). Meraka mendapatkan usia alam semesta 7 milyar tahun. Sementara Tim Harvard memperoleh usia alam semesta 9-14 milyar tahun.

Astrofisikawan menempuh cara yang berbeda untuk menghitung usia alam semesta. Mereka mempelajari evolusi bintang dan pembentukan unsur-unsur yang lebih berat dari Helium dalam gugus-gugus bola, yaitu gugus-gugus bintang yang amat tua. Dengan demikian usia gugus-gugus bola itu dapat dihitung. Dari model pembentukan gugus-gugus bola, mereka dapat memperkirakan usia alam semesta. Namun menurut mereka, usia bintang tertua yang terdapat di dalam gugus bola M92 berusia sekitar 16-19 milyar tahun. Bahkan diduga usia bintang-bintang yang terdapat di pusat gugus bola itu mungkin lebih tua lagi. Ini bertentangan dengan dengan usia alam semesta yang didapat oleh Dr. Freedman et al, karena usia bintang-bintang yang berada di dalam alam semesta tidak mungkin lebih tua dari usia alam semesta itu sendiri. Bahkan setelah alam semesta lahirpun, masih dibutuhkan waktu yang cukup lama untuk terbentuknya gugus-gugus bola.

"Mungkin ada yang hilang dalam pemahaman kita mengenai evolusi dan usia bintang tertua, atau ada yang hilang dalam pemahaman kita mengenai bagaimana alam semesta berevolusi semenjak Big Bang," demikian menurut Michael Pierce (Indian University). Menurut Jeremiah Ostriker (Princeton University), gerak galaktik yang tidak bergantung pada pengembangan alam semesta, dapat mengecohkan pengukuran H0. Untuk menghindarinya pengaruh gerak galaktik ini, diperlukan pengukuran lebih banyak lagi galaksi, guna menentukan harga H0.

Meskipun Dr. Freedman et al menggunakan HST, itu masih belum memberikan kata final. Banyak astronom percaya dengan meningkatkan teknik pengukuran jarak dan peningkatan teori evolusi bintang akan didapat titik temu usia alam semesta dan usia bintang tertua. Jadi berapa usia alam semesta yang sebenarnya? Jawaban bagi pertanyaan ini masih sedang kita buru.