Komposisi Alam Semesta

Alam semesta adalah tempat yang luas dan mempesona. Ketika para astronom mempertimbangkan apa itu terbuat dari, mereka dapat menunjuk paling langsung ke miliaran galaksi yang dikandungnya. Masing-masing memiliki jutaan atau miliaran — atau bahkan triliunan — bintang. Banyak dari bintang-bintang itu memiliki planet. Ada juga awan gas dan debu.

Di antara galaksi, di mana tampaknya akan ada sangat sedikit "barang", awan gas panas ada di beberapa tempat, sementara daerah lain hampir kosong kosong. Semua itu adalah material yang bisa dideteksi. Jadi, betapa sulitnya untuk melihat keluar ke kosmos dan memperkirakan, dengan akurasi yang masuk akal, jumlah massa bercahaya (materi yang bisa kita lihat) di alam semesta, menggunakan radio, inframerah dan sinar-x astronomi?

Sekarang para astronom memiliki detektor yang sangat sensitif, mereka membuat kemajuan besar dalam mencari tahu massa alam semesta dan apa yang membentuk massa itu. Tapi bukan itu masalahnya. Jawaban yang mereka terima tidak masuk akal. Apakah metode mereka menambahkan massa salah (tidak mungkin) atau ada sesuatu yang lain di luar sana; sesuatu yang lain yang tidak bisa mereka lakukan

Salah satu bukti terbesar untuk massa alam semesta adalah sesuatu yang disebut latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB). Itu bukan "penghalang" fisik atau semacamnya. Sebaliknya, ini adalah kondisi alam semesta awal yang dapat diukur menggunakan detektor microwave. Tanggal CMB kembali tak lama setelah Big Bang dan sebenarnya adalah suhu latar belakang alam semesta. Anggap saja sebagai panas yang dapat dideteksi di seluruh kosmos dari semua arah. Ini tidak persis seperti panas yang datang dari matahari atau memancar dari sebuah planet. Sebaliknya, itu adalah suhu yang sangat rendah yang diukur pada 2,7 derajat K. Ketika para astronom mengukur suhu ini, mereka melihat fluktuasi kecil, tetapi penting menyebar ke seluruh "panas" latar belakang ini. Namun, fakta bahwa ia ada berarti bahwa alam semesta pada dasarnya "datar". Itu berarti akan berkembang selamanya.

Jadi, apa arti kerataan itu untuk mencari tahu massa alam semesta? Pada dasarnya, mengingat ukuran alam semesta yang terukur, itu berarti harus ada cukup massa dan energi yang ada di dalamnya untuk membuatnya "datar". Masalahnya? Nah, ketika para astronom menjumlahkan semua masalah "normal" (seperti bintang dan galaksi, ditambah gas di alam semesta, itu hanya sekitar 5% dari kerapatan kritis yang dibutuhkan alam semesta yang datar agar tetap datar.

Itu berarti bahwa 95 persen dari alam semesta belum terdeteksi. Itu ada di sana, tapi apa itu? Dimana itu? Para ilmuwan mengatakan bahwa itu ada materi gelap dan energi gelap.

Massa yang bisa kita lihat disebut materi "baryonic". Ini adalah planet, galaksi, awan gas, dan cluster. Massa yang tidak bisa dilihat disebut dark matter. Ada juga energi (cahaya) yang bisa diukur; Menariknya, ada juga yang disebut "energi gelap." dan tidak ada yang punya ide bagus tentang apa itu.

Jadi, apa yang membentuk alam semesta dan dalam persentase berapa? Berikut ini rincian proporsi massa saat ini di alam semesta.

Pertama, ada unsur-unsur berat. Mereka membentuk ~ 0,03% dari alam semesta. Selama hampir setengah miliar tahun setelah kelahiran alam semesta, satu-satunya unsur yang ada adalah hidrogen dan helium. Mereka tidak berat.

Namun, setelah bintang lahir, hidup, dan mati, alam semesta mulai diunggulkan dengan unsur-unsur yang lebih berat daripada hidrogen dan helium yang "dimasak" di dalam bintang. Itu terjadi ketika bintang meleburkan hidrogen (atau elemen lain) di inti mereka. Stardeath menyebarkan semua elemen itu ke luar angkasa melalui nebula planet atau ledakan supernova. Begitu mereka tersebar ke luar angkasa. mereka adalah bahan utama untuk membangun generasi bintang dan planet selanjutnya.

Namun ini adalah proses yang lambat. Bahkan hampir 14 miliar tahun setelah penciptaannya, satu-satunya sebagian kecil dari massa alam semesta terdiri dari unsur-unsur yang lebih berat daripada helium.

Neutrino juga merupakan bagian dari alam semesta, meskipun hanya sekitar 0,3 persen saja. Ini dibuat selama proses fusi nuklir di inti bintang, neutrino adalah partikel hampir tak bermassa yang bergerak di hampir kecepatan cahaya. Ditambah dengan kurangnya muatan mereka, massa kecil mereka berarti bahwa mereka tidak mudah berinteraksi dengan massa kecuali untuk dampak langsung pada inti. Mengukur neutrino bukanlah tugas yang mudah. Tapi, itu telah memungkinkan para ilmuwan untuk mendapatkan perkiraan yang baik dari laju fusi nuklir Matahari dan bintang-bintang lainnya, serta perkiraan total populasi neutrino di alam semesta.

Ketika para bintang bintang mengintip ke langit malam, sebagian besar yang dilihatnya adalah bintang. Mereka membentuk sekitar 0,4 persen dari alam semesta. Namun, ketika orang melihat cahaya tampak yang datang dari galaksi lain, sebagian besar yang mereka lihat adalah bintang. Tampaknya aneh bahwa mereka hanya membentuk sebagian kecil dari alam semesta.

Jadi, apa lagi, lebih banyak daripada bintang dan neutrino? Ternyata, pada empat persen, gas membentuk bagian yang jauh lebih besar dari kosmos. Mereka biasanya menempati ruang tersebut antara bintang, dan dalam hal ini, ruang antara seluruh galaksi. Gas antarbintang, yang sebagian besar hanyalah unsur bebas hidrogen dan helium membentuk sebagian besar massa di alam semesta yang dapat diukur secara langsung. Gas-gas ini dideteksi menggunakan instrumen yang peka terhadap gelombang radio, inframerah dan sinar-x.

Materi Gelap

"Benda" kedua yang paling berlimpah di alam semesta ini adalah sesuatu yang tidak terdeteksi oleh siapa pun. Namun, itu membentuk sekitar 22 persen dari alam semesta. Para ilmuwan menganalisis gerakan (rotasi) galaksi, serta interaksi galaksi di gugusan galaksi, menemukan bahwa semua gas dan debu yang ada tidak cukup untuk menjelaskan penampilan dan gerakan galaksi. Ternyata 80 persen massa di galaksi ini pasti "gelap". Artinya, itu tidak terdeteksi di apa saja panjang gelombang cahaya, radio melalui Sinar Gamma. Karena itulah "barang" ini disebut "materi gelap".

Identitas massa misterius ini? Tidak dikenal Kandidat terbaik adalah materi gelap dingin, yang berteori menjadi partikel yang mirip dengan neutrino, tetapi dengan massa yang jauh lebih besar. Diperkirakan bahwa partikel-partikel ini, sering dikenal sebagai partikel masif berinteraksi lemah (WIMPs) muncul dari interaksi termal di awal galaksi formasi. Namun, hingga saat ini kami belum dapat mendeteksi materi gelap, secara langsung atau tidak langsung, atau membuatnya di laboratorium.

Massa alam semesta yang paling berlimpah bukanlah materi gelap atau bintang atau galaksi atau awan gas dan debu. Itu adalah sesuatu yang disebut "energi gelap" dan membentuk 73 persen dari alam semesta. Bahkan, energi gelap tidak (kemungkinan) bahkan besar sekali. Yang membuat kategorisasi "massa" agak membingungkan. Jadi, apa itu? Mungkin itu adalah sifat yang sangat aneh dari ruang-waktu itu sendiri, atau mungkin bahkan medan energi yang tidak dapat dijelaskan (sejauh ini) yang menembus seluruh alam semesta. Atau tidak satu pun dari hal-hal itu. Tidak ada yang tahu. Hanya waktu dan banyak dan lebih banyak data yang akan tahu.

Diedit dan diperbarui oleh Carolyn Collins Petersen.