8 Pertanyaan Astronomi yang Masih Dicari Jawabannya

Berawal pada 1920an, astronom legendaris AS, Edwin Hubble, menyatakan bahwa alam semesta terus mengembang. Lalu, 68 tahun kemudian, Teleskop Luar Angkasa Hubble mempelajari ledakan bintang/supernova jarak jauh dan melihat bahwa alam semesta mengembang lebih lambat.

Ini mengguncangkan dunia astronomi. Pertama, mereka mengira bahwa gravitasi materi akan memperlambat perluasan alam semesta, bahkan menyebabkan kontraksi! Hal ini menyebabkan perdebatan mengenai "energi gelap", gaya misterius yang mengembangkan alam semesta dengan kecepatan yang terus meningkat.

Energi gelap diperkirakan berkontribusi pada 73 persen alam semesta. Namun, hingga saat ini, energi gelap masih sulit dipahami dan dideteksi. Oleh karena itulah namanya "gelap".

"Rahasia energi gelap mungkin tidak akan pernah terungkap. Namun, para ilmuwan tetap optimis bahwa suatu saat, alam akan 'kooperatif' dan mereka akhirnya dapat menentukan asal usul energi gelap," tulis salah satu staf penulis Science, Adrian Cho.

Pada 1960an-1970an, para astronom berhipotesis bahwa kemungkinan besar, alam semesta memiliki massa yang lebih banyak daripada yang terlihat. Vera Rubin, seorang astronom di Carnegie Institution of Washington, mempelajari kecepatan bintang di berbagai lokasi di berbagai galaksi.

Hasilnya, hampir tidak ada perbedaan antara kecepatan bintang di pusat galaksi dan bintang di tubuh galaksi lebih jauh. Tetapi, temuan tersebut bertentangan dengan fisika Newton dasar, bahwa bintang-bintang di pinggiran galaksi akan mengorbit lebih lambat.

Jadi, para astronom mendefinisikan fenomena aneh ini sebagai "materi gelap". Meskipun tidak dapat dilihat, materi gelap memiliki massa, sehingga para peneliti menyimpulkan keberadaannya berdasarkan tarikan gravitasinya pada materi biasa.

Faktanya, materi gelap diperkirakan membentuk sekitar 23 persen alam semesta, sementara hanya 4 persen dari alam semesta yang adalah materi biasa seperti bintang, planet, dan manusia. Sementara para astronom dapat segera mendeteksi partikel materi gelap, sifat-sifat tertentu dari materi gelap tersebut masih belum diketahui.

"Para ilmuwan masih belum tahu mengenai materi gelap. Tetapi, hal itu bisa segera berubah, dan dalam beberapa tahun, fisikawan mungkin bisa mendeteksi partikel materi gelap. Studi tentang 'galaksi katai' dapat menguji apakah suhu materi gelap sedingin es seperti yang diasumsikan oleh teori kebanyakan, atau lebih hangat. Pada dasarnya, ini adalah pertanyaan tentang seberapa besar partikel materi gelap," jelas Cho.

Jika energi gelap dan materi gelap bergabung membentuk sekitar 95-96 persen dari alam semesta, materi biasa atau materi barion membentuk sekitar 4-5 persen sisanya. Materi barion terdiri dari partikel-partikel seperti proton dan elektron, menyusun sebagian besar massa materi yang terlihat di alam semesta.

Masalahnya, lebih dari separuh dari materi biasa ini menghilang!

"Ketika para astronom menghitung barion dari alam semesta mula-mula hingga sekarang, jumlah barion turun secara misterius. Seolah-olah, barion terus menghilang dari sejarah kosmis," tulis Yudhijit Bhattacharjee, seorang staf penulis di Science.

Para pakar astrofisika menduga materi barion yang hilang mungkin ada di antara galaksi, sebagai materi yang dikenal sebagai medium intergalaksi hangat-panas atau warm-hot intergalactic medium/WHIM.

Menemukan barion yang hilang di alam semesta terus menjadi prioritas di bidang astronomi. Dengan begitu, temuan barion akan membantu para peneliti memahami bagaimana struktur kosmis dan galaksi berevolusi dari waktu ke waktu!

Ketika sebuah bintang besar kehabisan bahan bakar dan mati, fenomena tersebut memicu ledakan dahsyat yang disebut "supernova". Walau sebentar saja, fenomena supernova dapat bersinar lebih terang daripada seluruh galaksi!

Selama bertahun-tahun, para ilmuwan telah mempelajari supernova dan menciptakan simulasinya menggunakan kecanggihan teknologi komputer. Tetapi, bagaimana kejadian supernova yang asli adalah teka-teki astronomi yang tak lekang oleh waktu.

"Dalam beberapa tahun terakhir, kemajuan superkomputer telah memungkinkan para astronom untuk menyimulasikan kondisi internal bintang dengan peningkatan kecanggihan, membantu mereka untuk lebih memahami mekanisme supernova. Namun, detail tentang penyebab serta bagaimana ledakan itu terjadi, tetap menjadi misteri," ujar Bhattacharjee.

Teori yang paling populer tentang asal-usul dan evolusi alam semesta adalah Ledakan Dahsyat atau Big Bang. Teori tersebut menyatakan bahwa alam semesta bermula sebagai sebuah titik padat yang luar biasa panas kira-kira 13,7 miliar tahun yang lalu.

Kemudian, alam semesta memasuki fase dinamis kira-kira 13 miliar tahun yang lalu, dikenal sebagai periode reionisasi. Selama periode ini, kabut gas hidrogen di alam semesta awal menghilang dan menjadi transparan terhadap sinar ultraviolet untuk pertama kalinya.

"Sekitar 400.000 tahun setelah Big Bang, proton dan elektron telah cukup dingin untuk saling tarik menarik menjadi atom dari hidrogen netral. Tiba-tiba, foton, yang sebelumnya tersebar dari elektron, dapat bergerak bebas melalui alam semesta," kata penulis Science, Edwin Cartlidge.

Beberapa ratus juta tahun kemudian, elektron-elektron terlepas dari atomnya lagi. Mengapa bisa begitu?

"Namun kali ini, perluasan alam semesta telah menyebarkan cukup banyak proton dan elektron, sehingga sumber energi baru mencegah mereka bergabung kembali. 'Sup partikel' tersebut juga cukup encer sehingga sebagian besar foton dapat melewatinya tanpa hambatan. Alhasil, sebagian besar materi alam semesta berubah menjadi plasma terionisasi pemancar cahaya hingga hari ini," lanjut Cartlidge.

Permasalahan dari manakah sumber sinar kosmis telah lama membingungkan para astronom. Bayangkan saja, mereka sudah menghabiskan lebih dari satu abad menyelidiki asal-usul partikel energik ini.

"Setelah satu abad penelitian sinar kosmis, 'pengunjung paling energik' dari luar angkasa ini tetaplah misterius dan kelihatannya tetap menjadi rahasia untuk tahun-tahun mendatang," tulis Daniel Clery, wakil editor berita di Science.

Sinar kosmis adalah partikel berukuran sub-atom yang sebagian besar bermuatan proton, elektron dan inti bermuatan dari elemen dasar dan mengalir ke tata surya kita dari kedalaman angkasa luar. Saat sinar kosmis mengalir ke tata surya, jalurnya dibengkokkan oleh medan magnet Matahari dan Bumi.

Sinar kosmis paling kuat bisa memiliki energi hingga 100 juta kali lebih besar daripada partikel hasil mesin penumbuk/collider buatan manusia. Namun, asal mula partikel aneh sinar kosmis inilah yang menjadi misteri yang tak kunjung usai.

Seperti para astronom dan berbagai observatorium luar angkasa yang antusias saat menemukan planet asing di sekitar bintang lain, mereka pun juga sangat antusias untuk memahami karakteristik unik tata surya kita.

Meski sangat bervariasi, empat planet terdekat ke Matahari (Merkurius, Venus, Bumi, dan Mars) memiliki permukaan luar berbatu dan inti logam. Sementara, empat planet terjauh (Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus) sangat berbeda dan masing-masing memiliki ciri-ciri yang dapat diidentifikasi.

Para ilmuwan kemudian mempelajari proses pembentukan planet dengan tujuan agar dapat memahami bagaimana tata surya kita terbentuk. Tetapi, hasilnya lebih rumit dari yang diperkirakan.

"Menjelaskan keanekaragaman planet adalah momok yang berat. Simulasi komputer menunjukkan bahwa tubrukan planet-planet kecil saat tata surya kita yang masih terbentuk seharusnya dengan mudah dapat menghasilkan tiga hingga lima planet terestrial, bukan empat" tulis Richard Kerr, staf penulis di Science.

Tetapi pencarian dunia dan planet asing sesungguhnya dapat membantu para ilmuwan mendapatkan wawasan tentang planet-planet yang dapat kita tinggali.

Matahari memiliki lapisan atmosfer luar yang benar-benar panas, disebut "korona". Suhu korona biasanya "dipanaskan" mulai dari 500.000 derajat Celsius hingga 6 juta derajat Celsius! Bagaimana Matahari memanaskan "mahkota"nya tersebut?

"Para peneliti Matahari telah dibuat bingung oleh kemampuan sang Surya dalam memanaskan kembali koronanya, 'mahkota' cahaya tipis yang muncul dari cahaya menyilaukan saat fenomena gerhana matahari total," kata Kerr.

Para astronom telah mempersempit penyebabnya menjadi antara energi di bawah permukaan Matahari yang terlihat, dan proses pemanasan di medan magnet Matahari. Tetapi, proses detail bagaimana Matahari memanaskan koronanya belum diketahui sampai saat ini!

"Bagaimana medan magnet mengangkut energi masih diperdebatkan, dan bagaimana energi disimpan begitu mencapai korona bahkan lebih misterius," imbuh Kerr.

Sampai saat ini, pengetahuan manusia tentang alam semesta bahkan kurang dari lima persen. Sisanya, adalah objek langit yang tidak dapat manusia lihat sehingga susah dipelajari. Apakah memang sudah menjadi rahasia Ilahi? Atau, inikah tantangan untuk manusia?

Itulah 8 persoalan mengenai alam semesta yang masih dibicarakan oleh para ilmuwan hingga saat ini. Dari persoalan-persoalan tersebut, mana yang menurutmu paling menarik untuk dibahas?