3 Hipotesis Geometri Alam Semesta

Kelengkungan Ruang Waktu. Kredit: ScienceNews.org

Albert Einstein mengemukakan Teori Relativitas Umum pada tahun 1915.

Ide utama dari teori ini adalah bahwa gravitasi itu tidak lebih dari konsekuensi pembengkokan ruang dan waktu disekitar benda yang bermassa besar .

Jadi, massa dapat mendistorsi ruang waktu disekitarnya.

Jika ada suatu partikel bergerak mendekati benda bermassa besar tersebut, maka partikel itu harus mengubah arah gerak/orbitnya agar mengikuti geometri ruang waktu tersebut bahkan cahaya sekalipun !.

Contoh : orbit planet mengelilingi matahari, gravitational lens, dan lain-lain.

Geometri ruang waktu sendiri akan melengkung oleh massa.

Dalam beberapa situasi dimana medan gravitasi tidak terlalu kuat, teori Einstein dapat memberikan hasil yang sama seperti hukum kuadrat terbalik Newton.

Pada tahun 1917, Einstein mengaplikasikan teori relativitas umum untuk membuat model alam semesta.

Untuk melakukan hal ini, ia membuat asumsi yang sangat dramatik bahwa dalam skala besar alam semesta haruslah:
(a) homogen (semua orang melihat gambar yang sama saat memandang alam semesta) dan
(b) isotropik (alam semesta terlihat sama dari segala arah).

Einstein menggunakan asumsi tersebut (sekarang dikenal sebagai prinsip kosmologi) untuk membuat model alam semesta yang statis dimana gaya tarik gravitasi antar galaksi, akan cenderung menarik mereka semua bersama-sama dan akhirnya dapat menghancurkan alam semesta itu sendiri (Big Crunch).

Oleh karena itu, Einstein membuat solusi dengan menambahkan "Konstanta Kosmologis" dalam persamaannya.

Konstanta kosmologis adalah suatu konstanta yang berfungsi menahan alam semesta agar tidak runtuh karena gravitasi dan membuatnya tetap statis (tidak ekspansi).

Dugaan Einstein bahwa alam semesta haruslah sangat sederhana (homogen dan isotropik) dapat dikonsfirmasi dengan keakuratan yang sangat tinggi pada saat ini karena sudah banyak wahana - wahana antariksa yang di terbangkan ke luar angkasa dan sudah meneliti banyak hal tentang kosmologi.

Namun, dugaan Einstein bahwa alam semesta haruslah statis langsung menemui masalah besar pada tahun 1931 ketika Hubble menyatakan bahwa ternyata alam semesta itu mengembang.

Critical Density dan Density Parameter

Sesuai dengan hukum relativitas yang sudah dijelaskan diatas, kita tahu bahwa geometri ruang dan waktu akan berubah akibat dari benda yang bermassa besar.

Nah, konsekuensi dari pembengkokan ruang waktu ini juga bisa kita aplikasikan pada geometri alam semesta.

Masih ingat kan kalau massa jenis itu berbanding lurus terhadap massa?

Jadi, semakin besar massa maka akan semakin juga massa jenisnya dan tentunya gravitasi juga akan bertambah kuat.

Dalam kosmologi, ada suatu titik kerapatan dimana saat alam semesta mencapai suatu kerapatan tertentu maka alam semesta tidak akan mengembang selamanya (dalam suatu masa akan berhenti berekspansi) dan juga tidak akan runtuh akibat gravitasinya sendiri.

Para ilmuwan menyebut titik kerapatan ini sebagai kerapatan kritis (Critical Density).

kerapatan kritis alam semesta saat ini adalah sekitar 10^-26 kg/m³ (atau 10 atom hidrogen per meter kubik) yang dihasilkan dari persamaan:

Critical Density. Kredit: Texas A&M Journal

H adalah konstanta Hubble dan G adalah konstanta gravitasi.

Nilai yang dihasilkan dari ρc, bergantung pada Konstanta Hubble (H = 71 km/s/Mpc). 

Semakin besar keakuratan H, maka nilai ρc akan semakin presisi.

Persamaan lain yang berguna berkaitan dengan kerapatan materi adalah Parameter kerapatan (Density paramater), yang dirumuskan sebagai:

Density Parameter. Kredit: Caltech

di mana ρ adalah densitas teramati dari alam semesta dan ρc adalah densitas kritis. 

Nasib geometri alam semesta di masa yang akan datang dapat didefinisikan dalam Ω.

Jika:

1. Ω < 1  maka akan menghasilkan geometri alam semesta terbuka (Open Universe).
2. Ω = 1  maka akan menghasilkan geometri alam semesta datar (Flat Universe).
3. Ω > 1  maka akan menghasilkan geometri alam semesta tertutup (Closed Universe).

Mari kita bahas satu persatu...

• Jika kepadatan materi di alam semesta  tinggi, gravitasi akan memperlambat ekspansi sampai berhenti dan akhirnya kembali runtuh karena gravitasinya sendiri (Big Crunch). Dalam alam semesta ini, sinar cahaya paralel akan berkumpul di beberapa titik yang sangat jauh. Ini disebut sebagai geometri bola atau geometri tertutup.

• Jika kepadatan materi di alam semesta rendah, gravitasi tidak cukup untuk menghentikan ekspansi, dan alam semesta terus mengembang selamanya (meskipun pada tingkat yang semakin menurun). Dalam alam semesta ini, sinar cahaya paralel akan menyimpang. Ini disebut sebagai geometri hiperbolik atau geometri terbuka.

• Seimbang di ujung pisau antara alam semesta dengan kepadatan materi tinggi dan rendah, ada sebuah alam semesta di mana sinar cahaya paralel akan tetap paralel. Ini disebut sebagai geometri datar. Kerapatan materi pada alam semesta ini sama dengan kerapatan kritis. Dalam kepadatan alam semesta kritis, ekspansi dapat dihentikan hanya setelah waktu yang tak terbatas (infinite).

Tiga geometri yang mungkin bagi alam semesta. Dalam alam semesta dimana densitas materi tinggi (tertutup/bola), sinar cahaya paralel (garis biru) akan bertemu di satu titik. Dalam alam semesta dimana densitas materi rendah (terbuka/hiperbolik), sinar cahaya paralel akan menyimpang saling menjauhi. Dalam alam semesta dimana kerapatan materi sama dengan 'kerapatan kritis' (datar/flat), cahaya yang bergerak paralel akan tetap paralel.
Kredit: Swinburne University

Sekarang kita tahu bahwa kerapatan itu dapat mempengaruhi bentuk alam semesta.

Untuk mengetahui kerapatan alam semesta itu sendiri ada dua pendekatan yang dipakai para ilmuwan yaitu:

1. Pendekatan Perhitungan (The Accounting Approach)

Pendekatan accounting di mana salah satu upaya untuk memperkirakan massa jika diberikan volume (besar) dari alam semesta dengan mengukur massa benda dalam volume.

Massa dapat diperkirakan secara langsung (misalnya dengan pengukuran sifat kinematik seperti gerakan galaksi dalam cluster) atau tidak langsung dengan mengasumsikan hubungan antara luminositas dan massa galaksi dalam volume.

Metode tidak langsung ini kurang bagus karena kurangnya pengetahuan kita tentang fraksi materi gelap hadir di dalam dan sekitar galaksi.

Namun, teknik ini masih bisa digunakan, dengan asumsi yang tepat antara rasio luminositas dengan materi gelap, untuk memperkirakan massa total dalam volume.

2. Pendekatan Geometris (The Geometrical Approach)

Pendekatan ini menggunakan ide garis paralel konvergen / divergen.

Misalnya, jika alam semesta memiliki geometri tertutup dan garis paralel saling bertemu, kepadatan yang teramati dari galaksi dengan jarak yang jauh harus kurang dari kepadatan yang diharapkan oleh ekstrapolasi kepadatan galaksi lokal mundur terhadap waktu.

Di sisi lain, dalam geometri terbuka terbuka, garis paralel divergen akan menyebabkan kepadatan yang diamati dari galaksi jauh menjadi lebih besar dari yang diharapkan.

Sampai saat ini, kedua teknik mengembalikan bukti bahwa kerapatan alam semesta sepenuhnya konsisten dengan kerapatan kritis.

Cukup mengejutkan!, karena ini menunjukkan bahwa kita benar-benar seimbang di tepi pisau dan tinggal di alam semesta datar !!.


Referensi:
http://astronomy.swin.edu.au/cosmos/C/Critical+Density
https://www.ras.org.uk/publications/other-publications/2035-cosmology-flat-universe
http://astronomy.swin.edu.au/cosmos/D/Density+Parameter
http://www.springer.com/about+springer/media/springer+select?SGWID=0-11001-6-1454941-0
http://io9.gizmodo.com/the-real-reason-why-einstein-came-to-believe-in-an-expa-1525158694
http://m.teachastronomy.com/astropedia/article/Critical-Density
https://sainstory.wordpress.com/2012/09/28/antigravitasi-kosmologis/
http://www.astronomynotes.com/cosmolgy/s9.htm#A2.2
http://staff.fisika.ui.ac.id/tmart/universe.html
http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_shape.html
http://abyss.uoregon.edu/~js/cosmo/lectures/lec15.html

Mungkinkah Air Dijadikan Bahan Bakar Kendaraan?

Molekul Air. Kredit: rianurse

Sebelum kita membahas lebih jauh lagi, kira-kira apa saja keuntungan menjadikan air sebagai bahan bakar kendaraan?

1. Dapat mengurangi polusi udara.
2. Mengurangi penyebab global warming.
3. Karena persediaan air lebih banyak dari pada minyak bumi, maka akan lebih mudah di dapat.
4. Air jauh lebih murah daripada minyak bumi, sehingga masyarakat tidak sulit membelinya.
5. Krisis energy dapat diatasi.

Tapi, apakah mungkin air dapat dijadikan bahan bakar kendaraan menggantikan minyak bumi? 

Penggunaan kata “air sebagai bahan bakar” kurang tepat karena, air tidak bisa dibakar.

Jika disulut oleh api, bukannya air akan terbakar tapi justru api tersebut akan padam.

Untuk dijadikan bahan bakar, maka air harus diubah terlebih dahulu menjadi bahan bakar gas Hidrogen (H₂) dengan hidrogen yang menjadi bahan bakar. Bukan air.

Cara menghasilkan hydrogen dari air adalah menggunakan metode elektrolisis. Elektrolisis adalah penguraian suatu elektrolit oleh arus listrik.

Nantinya, hydrogen akan dibakar di didalam mesin pembakar internal atau digabung dengan oksigen untuk menghasilkan air melalui sel-sel bahan bakar.

Pada akhirnya , hydrogen yang berperan sebagai penghantar energy.

Proses Elektrolisis. Kredit: khabibkhumaini.com

Belakangan ini, sebuah perusahaan yang berbasis di Jerman bernama Sunfire GmbH telah menemukan cara untuk membuat bahan bakar sintetis dari air.

Para ilmuwan tersebut telah berhasil mencampurkan unsur air (H2O) dengan karbon dioksida (CO2) yang kemudian mengubahnya menjadi hidrokarbon cair yang merupakan bahan dasar untuk membuat bahan bakar sintetis seperti solar, kerosin dan bensin.

Sunfire. Kredit: invest.dresden.de

Proses pembuatanya adalah sebagai berikut;

Penggunaan unsur hidrogen dimaksudkan untuk mengurangi karbon dioksida (CO2) yang dihasilkan dari atmosfer, kemudian diendapkan menjadi biogas atau dikumpulkan dengan menggunakan pengolahan limbah gas.

Selanjutnya karbon monoksida dan hidrogen yang dihasilkan kemudian disintesis menjadi bahan bakar dengan kemurnian tinggi dengan menggunakan proses Fischer-Tropsch tadi. Kelebihan panas dari proses ini kemudian digunakan untuk menciptakan lebih banyak uap, pihak Sunfire mengklaim bahwa proses ini telah meningkatkan efisiensi hingga 70 persen.

Pada percobaan yang dilakukan, pihak Sunfire telah berhasil mengolah CO2 dan menghasilkan bahan hidrokarbon sebanyak 3,2 ton perhari, namun skalanya dapat ditingkatkan dengan membangun instalasi rig yang lebih besar, dengan rig tersebut proses ini mampu menghasilkan bahan bakar sebanyak satu barel perhari.

Kesimpulan

Saat ini, air tidak bisa dijadikan bahan bakar kendaraan secara langsung. Melainkan harus mengalami beberapa proses terlebih dahulu. Seperti mengubahnya terlebih dahulu menjadi gas hydrogen (H₂) atau mencampurnya dengan karbon dioksida (CO₂).

Referensi:
http://khabibkhumaini.com/2015/09/27/bahan-bakar-air-mimpi-hoax-dan-realita/
https://id.wikipedia.org/wiki/Mobil_berbahan_bakar_air
https://dailysocial.id/post/ilmuwan-jerman-mampu-mengubah-air-menjadi-bahan-bakar- sintetis/

Asal Usul CMB (Cosmic Microwave Background)

Radiasi CMB tersebar ke segala arah. Kredit: NASA

Pasca periode inflasi, alam semesta masih berupa plasma padat dan buram dengan suhu yang sangat tinggi (dalam orde miliar kelvin).

Buat yang belum tau tentang periode-periode big bang, bisa baca di post gua sebelumnya. 

Klik Disini

Setelah quark dan gluon bersatu membentuk proton, alam semesta sebagian besar terisi oleh proton, elektron, dan foton.

Nah, foton ini terus menerus diserap oleh proton dan elektron sehingga foton tidak bisa bepergian bebas tanpa menabrak partikel lain.

Oleh karena itu, alam semesta awal pada dasarnya sangat buram sekali karena foton tidak bisa bepergian bebas.

Barulah saat alam semesta mulai mendingin (bersuhu sekitar 2.700 celcius), proton dan elektron yang selama ini bebas berkeliaran di alam semesta, mulai menyatu satu sama lain dan membentuk atom hidrogen. Proses ini berlangsung sekitar 378.000 tahun setelah big bang.

Pada poin ini berlangsung sebuah proses yang disebut dekopel foton (photon decoupling). 

Karena terjadinya proses ini, akhirnya foton dapat bergerak bebas di alam semesta tanpa terus menerus diserap oleh proton dan elektron yang sekarang sudah terikat pada atom hidrogen.

Nah, proses inilah yang meninggalkan fosil big bang berupa CMB yang dapat kita observasi saat ini, dan menjadi bukti kuat tentang kebenaran teori big bang.

CMB sendiri tersebar ke segala arah di alam semesta seperti yang di sajikan pada citra diatas. Bintik merah berarti daerah hangat, sedangkan radiasi CMB sendiri ditandai dengan warna biru

Sejarah Penemuan CMB

CMB sendiri baru teramati secara tidak sengaja pada tahun 1965 ketika astronom Arno Penzias dan Robert Wilson sedang melakukan riset untuk memperbaiki data komunikasi demi kepentingan industri. 

Arno Penzias dan Robert Wilson sang penemu CMB. Kredit: NASA

Dalam riset ini, mereka menggunakan teleskop radio ultrasensitif untuk menangkap sinyal satelit. Tapi anehnya, mereka menemukan derau (noise) radio yang sangat membingungkan mereka.

Awalnya, mereka mengira itu karena ada kawanan burung yang hinggap di teleskop mereka. Tetapi setelah burung dan juga kotoran mereka dihilangkan, noise radio tersebut masih tetap ada. Dan anehnya lagi, sinyal noise tersebut arah datangnya tidak bergantung pada arah teleskop dan juga waktu pengamatan.

Akhirnya Penziaz dan Wilson menyadari bahwa noise itu berasal dari alam semesta yang saat ini kita sebut sebagai CMB dan 1% dari CMB tersebut dapat kita temukan pada "semut" di pesawat televisi kita ketika kanalnya kosong.

1% dari CMB dapat diamati pada TV statis. Kredit: Universe Today

Berkat penemuan tersebut, Penziaz dan Wilson dianugerahi penghargaan nobel untuk bidang Fisika pada tahun 1978.

Pada pertengahan abad 20, ada dua yang teori yang menjelaskan tentang pembentukan alam semesta.

Yaitu teori Steady State yang menyatakan alam semesta sudah ada sejak awal (tidak tercipta), kepadatan seluruh alam semesta tetap sama, dan alam semesta akan tetap ada selamanya.

Dan teori Big Bang, yang menyatakan bahwa alam semesta tidak serta merta langsung ada dan kepadatan seluruh alam semesta sangat tinggi saat belum terjadi big bang.

Penzias dan Wilson saat itu berkata, jika teori big bang benar, maka alam semesta akan dipenuhi dengan radiasi CMB yang tersisa dari awal mula terciptanya alam semesta.

Hubungan Paradoks Olber's dengan CMB

Paradoks Olbers. Kredit: abyss.uoregon.edu

Pernah mendengar paradoks olber?

Jika belum tenang saja karena sebenarnya, paradoks ini cukup sederhana dan menarik untuk dipelajari.

Intinya adalah paradoks ini mempermasalahkan tentang langit malam hari yang gelap.

Apa maksudnya?

Jadi, seperti yang kita semua ketahui, alam semesta ini terdiri dari banyak galaksi dan setiap galaksi tersebut terdiri dari miliaran bintang. 

Nah, jika disekitar kita banyak bintang, seharusnya ketika malam hari, langit diatas kepala tidaklah gelap melainkan terang benderang karena menerima cahaya dari banyak bintang.

Inilah yang disebut sebagai Paradoks Olber's yang dikemukakan oleh Heinrich Olber (Astronom Jerman 1758 - 1840).

Lalu apa hubungan paradoks olber's dengan CMB?

Jika saat Olber's saat itu sudah mengetetahui adanya CMB, maka tentu ia tidak akan mengeluarkan paradoks ini. Mengapa demikian?

Langit terang yang dimaksud oleh Olbert adalah akibat dari foton cahaya tampak (panjang gelombang 380 nm - 780 nm), sedangkan foton CMB sendiri ada pada panjang gelombang radio (sekitar 1 mm - 10 mm)

Nah, foton dari CMB ini mengisi alam semesta dengan kerapatan sekitar 400 per cm3  jadi kira-kira ada 400 foton yang menghujani tubuh kita setiap saat. 

Jadi, disatu sisi, mungkin pendapat olbert benar bahwa langit malam seharusnya terang karena mendapat cahaya dari segala arah.  Tetapi, sayangnya itu bukan dari cahaya tampak.

Penutup

CMB memberikan kepada kita tentang wawasan komposisi alam semesta secara keseluruhan.

Ada dark energy yang mempercepat laju ekspansi alam semesta, maupun  dark matter yang hanya bisa berinteraksi dengan alam semesta melalui gravitasi.

Materi normal (selain yang disebutkan diatas), hanya mengisi 5% dari kesuluran materi yang ada di alam semesta ini. 

Oleh karena itu, CMB merupakan temuan luar biasa yang dapat merubah cara pandang alam semesta ini

Dan juga CMB merupakan salah satu penemuan besar yang benar-benar dapat membuktikan big bang sebagai teori pembentukan alam semesta paling relevan saat ini !!.

Sekian dari saya,  Terima Kasih

Semoga Bermanfaat

Referensi:
http://physics.about.com/od/physicsqtot/g/RecombinationEra.htm
https://en.wikipedia.org/wiki/Olbers%27_paradox
http://staff.fisika.ui.ac.id/tmart/universe.html

http://diary.febdian.net/2009/05/20/melajak-sejarah-dan-komposisi-alam-semesta/

http://www.infoastronomy.org/2016/01/big-bang-teori-pembentukan-alam-semesta-paling-relevan.html

Radiasi Hawking : Proses Menghilangnya Lubang Hitam

Radiasi Hawking
img credit: http://www.universetoday.com/

Stephen Hawking adalah seorang fisikawan teoretis dari Inggris. Ia terkenal melalui teori-teorinya dalam bidang astronomi dan kosmologi. Salah satu teorinya yang terkenal adalah radiasi hawking yang berusaha menguak misteri dari lubang hitam.

Untuk penjelasan tentang blackhole, bisa dilihat di artikel saya sebelumnya
Klik Disini

"Menguapnya" sebuah Lubang Hitam (Black Hole Evaporation)

 Image credit : http://www.iisc.ernet.in

Pada 1974 Stephen Hawking mengemukakan bahwa lubang hitam mengemisikan radiasi gelombang elektromagnetik yang sangat lemah, yaitu pada panjang gelombang inframerah (infrared).

Hawking menyatakan medan gravitasi yang sangat kuat serta fluktuasi energi dalam ruang hampa menyebabkan terbentuknya pasangan partikel dan antipartikel pada area di sekitar horizon peristiwa (event horizon) lubang hitam.

Salah satu dari pasangan partikel dan antipartikel ini "jatuh" ke dalam lubang hitam sedangkan yang lainnya berhasil melepaskan diri dan teramati sebagai emisi oleh pengamat.

Image credit : http://minerva.union.edu

Melalui proses ini lubang hitam kehilangan energi, juga kehilangan massa menurut persamaan Einstein E = mc² .

Laju kehilangan massa lubang hitam sangat lambat.

Laju ini berbanding terbalik dengan massa lubang hitam sehingga lubang hitam dengan massa paling besar menjadi yang paling lambat “menguap”.

Lubang hitam dengan massa setara dengan massa Matahari (1.989 × 10³⁰ kg) saja memiliki umur 10⁶⁶ tahun sebelum akhirnya sepenuhnya “menguap”. Sungguh jangka waktu yang sangat lama sekali ya.

Pembuktian Radiasi Hawking

Image credit : http://images.iop.org

Selama empat dekade belum ada yang bisa membuktikan kebenaran dari teori ini. Radiasi ini terlalu lemah untuk dapat diamati dari Bumi. Solusinya, seorang fisikawan bernama Jeff Steinhauer dari Techion University membuat sebuah "lubang hitam" dalam laboratorium.

Steinhauer melakukan simulasi lubang hitam ini dengan mendinginkan helium hingga hampir mencapai suhu nol mutlak, lalu memanaskannya dengan sangat cepat sehingga terbentuk suatu penghalang (barrier) yang tidak dapat dilalui oleh kecepatan suara.

Hal ini mirip dengan fenomena tidak dapat "lari"nya kecepatan cahaya dari lubang hitam.

Hasilnya, paket-paket energi elombang suara yang sangat kecil diemisikan lubang hitam laboratorium tersebut, seperti yang diprediksi melalui persamaan Hawking.

Penemuan tersebut didapatkan belum lama ini dan belum mendapatkan ulasan maupun kritik dari fisikawan lainnya.

Jika penemuan ini telah diverifikasi oleh fisikawan lainnya maka teori radiasi hawking ini akan dianggap sah kebenarannya.

Ada juga spekulasi bahwa dengan pembuktian kebenaran teori ini, Stephen Hawking bisa mendapatkan Penghargaan Nobel dalam bidang Fisika.

Sumber :
Collins Dictionary of Astronomy
http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-3557380/Black-holes-created-LAB-confirm-Stephen-Hawking-s-radiation-theory-win-physicist-Nobel-Prize.html
http://physics.about.com/od/astronomy/f/hawkrad.htm
http://www.physicsoftheuniverse.com/topics_blackholes_theory.html
http://www.superstringtheory.com/blackh/blackh3.html
http://www.scienceworldreport.com/articles/38871/20160428/physicist-creates-black-hole-lab-prove-hawking-radiation-theory.htm
http://thescienceexplorer.com/universe/physicists-created-lab-sized-black-hole-prove-stephen-hawking-s-theory

Apakah yang Sebenarnya Terjadi Setelah Big Bang?

Mungkin cukup banyak diantara kita yang sudah tau tentang teori ini, tapi masih banyak juga yang belum paham betul tentang teori big bang ini,. Nah ,di kesempatan kali ini ijinkan gue untuk menjelaskan beberapa hal tentang teori ini cekidot !!..

Sejarah Teori Big Bang

Pada awalnya para pakar astronom berpendapat bahwa alam semesta itu sudah ada sejak awal dan bersifat statis. Artinya, kalau alam semesta sudah ada sudah awal , berarti alam semesta itu tidak ada yang menciptakan dan dan diem aja gitu statis (tidak mengembang). Oleh karena itu, pendapat ini disanggah oleh Edwin Hubble yang pada tahun 1929 menemukan hukum hubble yang isinya secara singkat adalah

"Pergeseran merah dari suatu galaksi jauh itu berbanding lurus dengan jaraknya".

Edwin Hubble
img sc: kidsdiscovery.com

Artinya apa? jadi, semakin jauh jarak suatu galaksi maka semakin besar pula pergeseran merahnya , dan kecepatan menjauhi kita juga semakin besar. Dari hukum hubble ini dapat kita simpulkan secara langsung bahwa alam semesta itu tidak statis tetapi mengalami ekspansi atau mengembang.

Awal Sebelum Terjadi Big Bang

Ketika belum berekspansi, alam semesta ini benar-benar berada pada kondisi singularitas, artinya hukum-hukum fisika tidak bisa berlaku di sana. Mengapa begitu?, itu dikarenakan pada saat kita meneropong jauh pada kondisi alam semesta awal. kita benar-benar di hadapkan pada banyak kondisi "tak hingga". 

Ilustrasi Singularitas
img src: briankoberlein.com

Ini disebabkan pada saat itu alam semesta ini masih berupa primordial atom atau "atom purba" yang memiliki kerapatan tak hingga, suhu tak hingga, dan ukuran tak hingga (mendekati nol), inilah yang membuat hukum-hukum fisika tidak berlaku disana. 

Periode Setelah Big Bang

Big bang sendiri diperkirakan terjadi sekitar 13,7 miliar tahun yang lalu. dan setelah big bang, ilmuwan membagi lagi menjadi beberapa periode setelah terjadinya big bang tersebut yaitu, periode planck, periode penggabungan besar, periode elektrolemah, dan periode inflasi.

Ekspansi Alam Semesta
img src: www.pbs.org

Mengenal Lebih Jauh Tentang Black Hole

Black hole? Maksudnya lubang hitam? Mungkin banyak dari kita yang membayangkan kalau lubang hitam itu merupakan objek ruang angkasa yang berupa lubang besar yang gelap dan dapat menyedot kita untuk masuk ke dalamnya. Namun apakah penjelasan itu tepat secara ilmiah?

 img sc:www.blastr.com

Apa itu Black Hole?

Pertama-tama lubang hitam atau black hole sendiri adalah bintang bermassa lebih dari 20 massa matahari yang mengalami “kematian” melalui ledakan besar yang disebut supernova, meninggalkan inti bermassa minimal 3 massa matahari lalu mengalami keruntuhan gravitasi akibat tidak adanya gaya yang dapat mengimbanginya dari dalam.

Massa inti yang mengalami keruntuhan gravitasi ini mendistorsi dimensi ruang-waktu hingga pada titik di mana massa tersebut dimampatkan menjadi satu titik yang sangat kecil sehingga kerapatannya menjadi tidak terbatas (infinity), inilah yang disebut singularitas atau seringkali dikatakan sebagai pusat black hole.

Bagian black hole lainnya adalah event horizon dan ergosphere. Event horizon atau horizon peristiwa adalah black hole itu sendiri di mana dalam area tersebut kecepatan lepas yang dibutuhkan untuk melarikan diri dan lepas dari gaya gravitasinya lebih besar dari kecepatan cahaya, sehingga cahaya pun dapat “ditelan” oleh black hole.

Jarak dari singularitas ke event horizon disebut sebagai radius Schwarzschild yang dapat dirumuskan sebagai berikut.

Image Credit : http://astronomyonline.org/science/schwarzschildradius.asp

Bagian terluar yaitu ergosphere merupakan area di mana pengaruh gravitasi black hole mulai dapat dirasakan. Semakin dekat dengan event horizon maka semakin kuat pengaruh gaya gravitasinya.

Image Credit : http://pics-about-space.com/parts-of-a-black-hole?p=2

Siapa yang Menemukan Black Hole?

Black hole pada awalnya hanya berupa sebuah hipotesis. Ide tentang objek black hole pertama kali ditemukan tahun 1783 pada surat seorang polymath Inggris, John Michell kepada Henry Cavendish. John Michell menghipotesiskan bahwa cahaya dapat dibelokkan oleh suatu objek yang memiliki gaya gravitasi yang sangat kuat. Kemudian pada 1796 Pierre-Simon Laplace, seorang ahli matematika dari Perancis mengemukakan ide yang mirip dalam bukunya yang berjudul Exposition du système du Monde.

Sayangnya hipotesis John Michelle dan Pierre-Simon Laplace kurang ditindaklanjuti oleh komunitas ilmiah karena masih tidak memiliki bukti yang kuat. Sampai pada tahun 1915 Albert Einstein menerbitkan jurnal ilmiah Relativitas Umum yang mengemukakan bahwa gravitasi merupakan kelengkungan pada dimensi ruang dan waktu, sehingga menjelaskan mengapa foton cahaya yang tidak memiliki massa ikut dipengaruhi oleh gaya gravitasi.

Image Credit : http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/astro/blkbin.html

Kandidat black hole pertama yang pernah diamati adalah Cygnus X-1 yang berada pada sistem bintang ganda yang saling mengitari dengan bintang pasangan berupa bintang maharaksasa biru bermasssa 25 kali massa matahari. Sistem ini berjarak 6.070 tahun cahaya dari planet kita.

Bagaimana Cara Menemukan Black Hole?

Seperti yang sudah dibahas sebelumnya, black hole dapat “menelan” cahaya sehingga ia sendiri tidak dapat dilihat. Black hole sendiri juga dikatakan tidak memancarkan radiasi apapun, kecuali radiasi infamerah yang sangat lemah seperti yang dihipotesiskan oleh Stephen Hawking. Namun para ahli dapat mendeteksi keberadaan black hole melalui radiasi sinar X yang dipancarkan oleh materi-materi yang mengorbit black hole sebelum akhirnya “ditelan”. Materi-materi ini mengorbit dengan kecepatan hingga mendekati kecepatan cahaya hingga panas dan bersinar membentuk piringan di sekitar black hole yang dinamakan accretion disk (piringan akresi). Materi-materi ini biasanya berasal dari bintang pasangan dari black hole karena kebanyakan black hole yang pernah ditemukan berada dalam sistem bintang ganda, contohnya seperti pada Cygnus X-1.

Mungkinkah Bumi “ditelan” Oleh Black Hole?

Melihat lokasi black hole terdekat yang berada 3000 tahun cahaya rasanya bumi masih merupakan planet yang aman untuk ditinggali. Matahari sendiri diakhir hidupnya nanti tidak akan berubah menjadi black hole karena massanya terlalu kecil.

Pada akhirnya black hole sampai sekarang masih menyimpan banyak misteri. Para ilmuwan sendiri masih menerka-nerka apa yang ada di dalam black hole, ke mana materi-materi yang ditelan oleh black hole tersebut. Mungkinkah black hole mengantarkan kita ke alam semesta lain? Tidak ada yang tahu.

Sumber :

The Science Book - Big Ideas Simply Explained - by DK

http://amazingspace.org/resources/explorations/blackholes/teacher/sciencebackground.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/astro/blkbin.html

http://www.astronomysource.com/tag/what-is-an-ergosphere/

http://astronomyonline.org/science/schwarzschildradius.asp

http://www.phys.vt.edu/~jhs/faq/blackholes.html

Makna Astronomi dan Cabang Ilmu Astronomi

Kata astronomi mungkin bukan lagi kata yang terdengar asing, namun masih banyak orang yang salah dalam memaknai kata tersebut. Beberapa orang seringkali mengaitkan astronomi dengan astrologi padahal keduanya sangat berbeda. Astrologi merupakan ramalan mengenai kepribadian dan nasib seseorang berdasarkan benda langit dan pergerakannya. Astrologi tidak termasuk ilmu sains karena tidak dapat dibuktikan secara ilmiah, sedangkan astronomi termasuk salah satu cabang ilmu sains.

 Apa itu astronomi?

Secara etimologis, kata astronomi (atau dalam bahasa Inggris astronomy) diadopsi dari bahasa Perancis kuno “astronomie”, dari bahasa Latin “astronomia” , dan dari bahasa Yunani kuno. Dalam bahasa Yunani ditulis ἀστρονομία ‎(astronomía), terdiri dari kata ἄστρον ‎(ástron, “bintang”) dan νόμος ‎(nómos, “menyusun, mengatur”). Jadi dari asal katanya astronomi berarti “penyusunan bintang”.

Image Credit: NASA/Reid Wiseman

Menurut KBBI, astronomi adalah ilmu tentang matahari, bulan, bintang, dan planet-planet lainnya; ilmu falak. Sedangkan NASA memberi definisi astronomi sebagai ilmu tentang bintang, planet, dan ruang angkasa.

Secara umum astronomi didefinisikan sebagai ilmu observasi dan teori yang mempelajari benda langit, wilayah ruang angkasa di sekitarnya, dan mencakup alam semesta secara keseluruhan. Astronomi merupakan salah satu ilmu sains yang paling tua dan telah berkembang pesat seiring dengan perkembangan teknologi dan instrumentasi serta ilmu fisika, kimia, dan matematika.

Cabang Ilmu Astronomi

Ilmu Astronomi secara garis besar terbagi atas Astrometri, Mekanika Benda Langit, serta Astrofisika dan Statistika Bintang yang merupakan bidang ilmu modern.

1. Astrometri
Astrometri atau astronomi posisional merupakan cabang ilmu astronomi yang terfokus pada pengukuran posisi benda langit dengan mempertimbangkan faktor presesi, nutasi, dan gerak diri benda langit tersebut yang dapat mempengaruhi posisi objek berubah terhadap waktu, dan dengan konsep serta metode observasi yang digunakan.
Dalam Astrometri Fotografi, posisi benda langit ditentukan relatif terhadap bintang-bintang dalam plat fotografi. Sedangkan dalam Astrometri Meridian, posisi benda langit ditentukan relatif terhadap pergerakan bumi. Selain Astrometri Fotografi dan Meridian, ada juga cabang Astrometri Radio.

2. Mekanika Benda Langit
Merupakan cabang ilmu atronomi yang mempelajari pergerakan dan kesetimbangan benda langit yang saling berinteraksi melalui gaya gravitasi. Peristiwa yang dapat dijelaskan dengan Mekanika Benda Langit antara lain pergerakan planet dan satelit, gaya pasang surut, presesi sumbu rotasi bumi, dan librasi bulan.

3. Astrofisika
Astrofisika mempelajari karakteristik, sifat fisis, dan evolusi benda langit serta wilayah alam semesta di sekitarnya. Astrofisika berkaitan secara khusus dengan produksi dan pengeluaran energi dalam suatu sistem seperti pada sistem bintang dan galaksi dan seluruh alam semesta, bagaimana dampaknya terhadap evolusi sistem tersebut. Astrofisika jg berhubungan erat dengan fisika partikel, fisika plasma, termodinamika, fisika benda padat, dan relativitas. Cabang-cabang dari Astrofisika antara lain Kosmologi, Astronomi Radio, serta Astronomi Sinar-X, Sinar Gamma, Inframerah, Ultraviolet.

4. Statistika Bintang
Bidang ini menerapkan ilmu statistika untuk mempelajari distribusi ruang dan waktu serta pergerakan benda langit dalam suatu galaksi, wilayah alam semesta, dan sebagainya terhadap objek sejenis. Hasil dari pengolahan data tersebut dapat digunakan untuk mempelajari bentuk dan struktur galaksi kita (Milky Way), distribusi ruang galaksi lain, dan gugus-gugus galaksi.



Sumber :

• Collins Dictionary of Astronomy
• Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI)
• https://en.wiktionary.org/wiki/astronomy
• http://www.nasa.gov/audience/forstudents/k-4/dictionary/Astronomy.html
• http://entertainment.howstuffworks.com/horoscopes-astrology/question749.htm