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

https://idn.paperplane-tm.site/search?q=pengertian-big-bang