Ledakan Dahsyat mungkin terjadi dengan cerah dan dramatis, tetapi segera setelah itu, alam semesta menjadi gelap, dan untuk waktu yang sangat lama. Para ilmuwan percaya bahwa bintang pertama muncul dalam materi kaldu berlumpur 200 juta tahun setelah awal yang panas. Karena teleskop modern tidak cukup sensitif untuk mengamati cahaya bintang-bintang ini secara langsung, para astronom mencari bukti tidak langsung dari keberadaan mereka.
Maka tim ilmuwan berhasil mengambil sinyal redup dari bintang-bintang ini menggunakan antena radio seukuran meja yang disebut EDGES. Pengukuran spektakuler, yang membuka jendela baru ke alam semesta awal, menunjukkan bahwa bintang-bintang ini muncul 180 juta tahun setelah Big Bang. Karya yang diterbitkan di Nature juga menunjukkan bahwa para ilmuwan mungkin memikirkan kembali apa yang terbuat dari "materi gelap" - jenis materi tak terlihat misterius -.
Model menunjukkan bahwa bintang pertama yang menerangi alam semesta berwarna biru dan berumur pendek. Mereka membenamkan alam semesta dalam bak sinar ultraviolet. Sinyal teramati pertama dari fajar kosmik ini telah lama dianggap sebagai "sinyal absorpsi" - penurunan kecerahan pada panjang gelombang tertentu - yang disebabkan oleh lewatnya cahaya dan memengaruhi sifat fisik awan gas hidrogen, unsur paling melimpah di alam semesta.
Kita tahu bahwa penurunan ini harus dideteksi di bagian gelombang radio dari spektrum elektromagnetik pada panjang gelombang 21 cm.
Pengukuran yang kompleks
Video promosi:
Awalnya ada teori yang memprediksikan semua ini. Namun dalam praktiknya, menemukan sinyal seperti itu sangatlah sulit. Ini karena ia terjalin dengan banyak sinyal lain di wilayah spektrum ini yang jauh lebih kuat - misalnya, frekuensi umum siaran radio dan gelombang radio dari peristiwa lain di galaksi kita. Alasan para ilmuwan berhasil sebagian karena eksperimen tersebut dilengkapi dengan penerima yang sensitif dan antena kecil, yang memungkinkannya untuk menutupi area langit yang luas dengan relatif mudah.
Untuk memastikan bahwa penurunan kecerahan yang mereka temukan disebabkan oleh cahaya bintang di alam semesta awal, para ilmuwan mengamati pergeseran Doppler. Anda sudah terbiasa dengan efek ini dengan menurunkan nada saat mobil dengan lampu berkedip dan sirene melintas. Demikian pula, saat galaksi menjauh dari kita karena perluasan alam semesta, cahaya bergeser ke arah panjang gelombang merah. Para astronom menyebut efek ini "pergeseran merah".
Pergeseran merah memberi tahu para ilmuwan seberapa jauh awan gas dari Bumi dan berapa lama, menurut standar kosmik, cahaya dipancarkan darinya. Dalam hal ini, setiap pergeseran kecerahan yang diperkirakan pada panjang gelombang 21cm akan menunjukkan pergerakan dan jarak gas. Para ilmuwan mengukur penurunan kecerahan yang terjadi dalam periode waktu kosmik yang berbeda, hingga saat alam semesta baru berusia 180 juta tahun, dan membandingkannya dengan keadaannya saat ini. Itu adalah cahaya dari bintang-bintang pertama.
Halo materi gelap
Ceritanya tidak berakhir di situ. Para ilmuwan terkejut menemukan bahwa amplitudo sinyal dua kali lebih besar dari yang diperkirakan. Ini menunjukkan bahwa gas hidrogen jauh lebih dingin dari yang diharapkan dari latar belakang gelombang mikro.
Hasil ini diterbitkan dalam artikel lain di Nature dan menjadi umpan bagi fisikawan teoretis. Ini karena jelas dari fisika bahwa pada saat keberadaan alam semesta ini, gas mudah memanas, tetapi sulit untuk didinginkan. Untuk menjelaskan pendinginan tambahan yang terkait dengan sinyal, gas harus berinteraksi dengan sesuatu yang lebih dingin. Dan satu-satunya benda yang lebih dingin dari gas kosmik di alam semesta awal adalah materi gelap. Para ahli teori sekarang harus memutuskan apakah mereka dapat memperluas model standar kosmologi dan fisika partikel untuk menjelaskan fenomena ini.
Kita tahu bahwa ada lima kali lebih banyak materi gelap daripada materi biasa, tetapi kita tidak tahu terbuat dari apa. Beberapa varian partikel telah diusulkan yang dapat membentuk materi gelap, dan favorit di antara mereka adalah partikel masif yang berinteraksi lemah (WIMP).
Studi baru, bagaimanapun, menunjukkan bahwa partikel materi gelap tidak boleh lebih berat dari proton (yang memasuki inti atom bersama dengan neutron). Ini jauh di bawah perkiraan massa untuk WIMP. Analisis tersebut juga menunjukkan bahwa materi gelap lebih dingin dari yang diharapkan dan membuka peluang menarik untuk menggunakan "kosmologi 21 cm" sebagai penyelidikan materi gelap di alam semesta. Penemuan lebih lanjut dengan penerima yang lebih sensitif dan sedikit gangguan dari radio terestrial dapat mengungkapkan lebih banyak detail tentang sifat materi gelap dan bahkan mungkin menunjukkan kecepatan pergerakannya.
Ilya Khel
