Astro Fisika: Memahami Energi Gelap

Monday, 3 December 2012

Memahami Energi Gelap

Menyalakan Cahaya dalam Kegelapan Hati Kita

Kesepian Kita bukan karena tiadanya orang di sekitar Kita, namun karena tiadanya seseorang di hati Kita. Kita dapat kehilangan saat-saat yang berharga. Yaitu ketika Kita suatu saat merasa enggan untuk memberikan bantuan pada orang yang membutuhkan.

Saat mengulurkan pertolongan, tanpa sadar Kita menjalin hati Kita dan hati orang lain dengan dawai emas dan cahaya pelita yang tak tampak. Dawai dan Pelita itu bernama persaudaraan serta persahabatan.

Semakin banyak Kita menjalin dawai dan menyalakan cahaya pelita hati kita, maka semakin jauh hati Kita dari kesepian dan kegelapan. Karena dawai dan pelita itu akan mendenting-kan nada-nada juga menyalakan cahaya-cahaya yang memenuhi dan menghibur jiwa.

Bangkitlah dan tebarkan uluran tangan Kita. Segaris senyum dan tatapan mata yang bersahabat cukup untuk membangunkan bahwa Kita sama sekali tidak sendiri.

“Sometimes, the truth isn’t good enough. Sometimes people deserve more. Sometimes people deserve to have their faith rewarded.”

~The Dark Knight~

Abstract

Dark Energy and the Fate of the Universe

By: Prof. Renata Kallosh and Prof. Andrei Linde
Department of Physics, Stanford University, Stanford, CA 94305-4060, USA.

It is often assumed that in the course of the evolution of the universe, the dark energy either vanishes or becomes a positive constant. However, recently it was shown that in many models based on supergravity, the dark energy eventually becomes negative and the universe collapses within the time comparable to the present age of the universe. We will show that this conclusion is not limited to the models based on supergravity: In many models describing the present stage of acceleration of the universe, the dark energy eventually becomes negative, which triggers the collapse of the universe within the time t = 10^10 − 10^11 years. The theories of this type have certain distinguishing features that can be tested by cosmological observations.

Intro:

In physical cosmology and astronomy, dark energy is a hypothetical form of energy that permeates all of space and tends to accelerate the expansion of the universe. Dark energy is the most accepted hypothesis to explain observations since the 1990s that indicate that the universe is expanding at an accelerating rate. In the standard model of cosmology, dark energy currently accounts for 73% of the total mass-energy of the universe. Two proposed forms for dark energy are the cosmological constant, a constant energy density filling space homogeneously, and scalar fields such as quintessence or moduli, dynamic quantities whose energy density can vary in time and space.

Contributions from scalar fields that are constant in space are usually also included in the cosmological constant. The cosmological constant is physically equivalent to vacuum energy. Scalar fields which do change in space can be difficult to distinguish from a cosmological constant because the change may be extremely slow.

High-precision measurements of the expansion of the universe are required to understand how the expansion rate changes over time. In general relativity, the evolution of the expansion rate is parameterized by the cosmological equation of state (the relationship between temperature, pressure, and combined matter, energy, and vacuum energy density for any region of space). Measuring the equation of state for dark energy is one of the biggest efforts in observational cosmology today.

Adding the cosmological constant to cosmology's standard FLRW metric leads to the Lambda-CDM model, which has been referred to as the "standard model" of cosmology because of its precise agreement with observations. Dark energy has been used as a crucial ingredient in a recent attempt to formulate a cyclic model for the universe.

Bukti dari Adanya Energi Gelap

Dalam kosmologi, energi gelap adalah suatu bentuk hipotesis dari energi yang mengisi seluruh ruang dan memiliki tekanan negatif yang kuat. Menurut teori relativitas umum, efek dari adanya tekanan negatif secara kualitatif serupa dengan memiliki gaya pada skala besar yang bekerja secara berlawanan terhadap gravitasi. Menggunakan efek seperti itu sekarang merupakan cara yang sering dilakukan untuk menjelaskan pengamatan mengenai pengembangan alam semesta yang dipercepat dan juga adanya bagian besar dari massa yang hilang di alam semesta.

Pada tahun 1998, pengamatan Supernova tipe Ia oleh dua grup yang berbeda yaitu, High-Z SN Search Team pimpinan Prof. Dr. Brian Schmidt dan Supernova Cosmology Project (SCP) Team pimpinan Prof. Dr. Saul Perlmutter, menunjukkan bahwa pengembangan alam semesta mengalami percepatan. Keduanya pada tahun 2011 diganjar Hadiah Nobel Fisika bersama dengan Prof. Dr. Adam Riess

Dalam beberapa tahun terakhir, pengamatan ini telah dikuatkan oleh beberapa sumber: radiasi kosmik gelombang mikro latar belakang, pelensaan gravitasi, usia alam semesta, nukleosintesis dentuman dahsyat, struktur kosmos berskala besar dan pengukuran dari parameter Hubble, dan juga pengukuran supernova yang lebih baik.

Semua elemen ini konsisten dengan model Lamda-CDM. Supernova tipe Ia memberikan bukti paling langsung dari adanya energi gelap. Dengan mengukur kecepatan dari objek yang menjauh menggunakan pengukuran pergeseran merah, yang merupakan efek Doppler radiasi dari objek yang menjauh. Menentukan jarak dari suatu objek adalah masalah yang sulit dalam astronomi dan astrofisika.

Kita perlu menemukan lilin standard: obyek yang diketahui kecerlangan intrinsiknya, sehingga mungkin digunakan untuk menghubungkan kecerlangan yang tampak dengan jarak. Tanpa lilin standard, tidaklah mungkin mengukur hubungan pergeseran merah dengan jarak dalam hukum Hubble. Supernova tipe Ia adalah lilin standard terbaik untuk pengamatan kosmologi, karena mereka sangat terang dan hanya terjadi ketika massa dari bintang katai putih tua mencapai batas Chandrasekhar. Jarak ke supernova dapat digambar terhadap kecepatan, dan inilah yang digunakan untuk mengukur sejarah pengembangan alam semesta.

Pengamatan ini menunjukkan bahwa alam semesta tidak mengalami perlambatan, yang seharusnya akan terjadi pada alam semesta yang didominasi oleh materi, tetapi justru secara misterius mengalami percepatan. Pengamatan ini dapat dijelaskan dengan membuat postulat tentang adanya sejenis energi yang memiliki persamaan keadaan yang negatif, yaitu energi gelap. Keberadaan energi gelap, dalam bentuk apapun, juga memecahkan masalah yang disebut "massa yang hilang".

Teori nukleosintesis dentuman dahsyat mengatur pembentukan unsur-unsur ringan pada awal alam semesta, seperti helium, deuterium, dan litium. Teori struktur kosmos berskala besar mengatur pembentukan struktur alam semesta, bintang, kuasar, galaksi dan gugus galaksi.

Kedua teori ini menunjukkan bahwa kepadatan baryon dan materi gelap yang dingin di alam semesta adalah sekitar 30% dari kepadatan kritikal untuk alam semesta yang tertutup.

Ini adalah kepadatan yang diperlukan untuk membuat bentuk alam semesta rata. Pengukuran radiasi kosmik gelombang mikro latar belakang, baru-baru ini menggunakan satelit WMAP, menunjukkan bahwa alam semesta hampir datar.

Oleh karena itu, kita tahu bahwa suatu bentuk energi pasti mengisi 70% yang lainnya.

Begitu banyak misteri di alam raya ini semoga menjadi bekal bagi kita untuk senantiasa bertafakur akan kebesaran Yang Maha Kuasa, Pencipta seluruh alam jagat raya.

Wallohualambissawab.

Ucapan Terima Kasih:

Kepada Bapak Judistira Aria Utama, M.Si., Iqbal Robiyana, S.Pd., Anton Timur J., S.Si.

Dan Kepada Ibu Premana Wardayanti Premadi, M.Sc., Ph.D.
The University of Texas, Austin (USA)

Bidang Penelitian:

1.Lensa Gravitasi dan Alam Semesta Inhomogen
2.Kosmologi : Struktur Skala Besar, Lensa Gravitasi, Ekstragalaksi; Teori, Fisis, dan Komputasional
3.Galaksi : Dinamika, Evolusi
4.Astrofisika Relativistik : Objek Kompak: Fenomenologi

Juga kepada keluarga, guru-dosen, sahabat-sahabatku yang kami cintai dan banggakan.

Bangkitlah Sains Indonesia, Semangat Selalu.