Kekosongan kosmik mungkin menjelaskan percepatan alam semesta tanpa energi gelap
Energi gelap, kekuatan misterius yang mendorong percepatan perluasan alam semesta, mungkin sebenarnya tidak ada, kata para ilmuwan. Penelitian mereka mempertanyakan salah satu landasan kosmologi modern.
Dalam sebuah studi baru, diterbitkan 19 Desember 2024 di jurnal Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Societypara peneliti menganalisis data dari survei Pantheon+ – kumpulan data paling komprehensif dari supernova tipe Ia, yang kecerahannya konsisten memungkinkan para astronom mengukur jarak melintasi alam semesta dengan presisi luar biasa. Analisis mereka menunjukkan bahwa apa yang kita anggap sebagai percepatan mungkin merupakan ilusi yang disebabkan oleh struktur kosmos berskala besar.
Mempelajari alam semesta dengan supernova tipe Ia
Supernova tipe Ia, kematian bintang katai putih secara eksplosif, telah lama menjadi salah satu alat kosmologi yang paling ampuh. Peristiwa bintang ini terjadi ketika katai putih mengumpulkan cukup banyak materi dari bintang pendampingnya untuk memicu ledakan termonuklir. Karena supernova tipe 1a menghasilkan kecerahan puncak yang konsisten, mengukur kecerahannya saat diamati dari Bumi dapat mengungkap seberapa jauh jaraknya.
“Supernova tipe Ia sangat berharga dalam astronomi karena mereka bertindak sebagai lilin yang dapat distandarisasi sehingga kita dapat mengukur jarak yang sangat jauh di alam semesta,” kata rekan penulis studi tersebut. Zachary Laneseorang peneliti di Universitas Canterbury di Selandia Baru, mengatakan kepada Live Science melalui email.
Dengan menggabungkan informasi jarak ini dengan pergeseran merah supernova – peregangan cahaya ke panjang gelombang yang lebih merah akibat perluasan alam semesta – para ilmuwan telah memetakan pertumbuhan alam semesta dari waktu ke waktu. Beberapa dekade yang lalu, para peneliti menggunakan metode ini untuk menunjukkan bahwa perluasan alam semesta semakin cepat, sebuah penemuan yang mengarah pada hipotesis energi gelap — kekuatan misterius dan tak terlihat yang diperkirakan menembus ruang angkasa dan mendorong percepatan ini.
Kumpulan data Pantheon+
Kumpulan data Pantheon+ adalah kumpulan supernova tipe Ia yang paling luas dan tepat yang pernah dikumpulkan. Mencakup pengamatan selama beberapa dekade baik dari teleskop darat maupun luar angkasa, laporan ini berisi data tentang 1.500 supernova melintasi ruang-waktu.
“Pada saat penelitian ini dilakukan, kumpulan data spektroskopi Supernova Tipe Ia Pantheon+ merupakan kumpulan supernova murni Tipe Ia terbesar dan paling murni,” kata Lane.
Ketepatan dan ukuran kumpulan data menjadikannya tambang emas untuk menguji model kosmologis. Catatan terperinci mengenai kecerahan dan pergeseran merah menawarkan wawasan yang tak tertandingi tentang bagaimana alam semesta berevolusi, memberikan landasan pengujian penting bagi teori-teori alternatif terhadap model kosmologis standar.
Menantang energi gelap
Meskipun gagasan tentang energi gelap menjelaskan sebagian besar percepatan yang diamati di alam semesta, gagasan ini selalu membawa suasana misteri. Energi gelap tidak pernah terdeteksi secara langsung, dan asal usulnya juga tidak dijelaskan secara teoritis, sehingga mendorong beberapa ilmuwan untuk mencari penjelasan lain.
Studi baru ini bertujuan pada asumsi utama model standar: bahwa alam semesta bersifat homogen dan isotropik dalam skala besar, yang berarti alam semesta terlihat sama di segala arah dan dari sudut pandang apa pun.
Asumsi ini mendasari perlunya energi gelap untuk menjelaskan perluasan alam semesta. Namun, Lane dan rekan-rekannya menguji ide alternatif yang disebut model timescape, yang menunjukkan bahwa percepatan yang tampak bisa jadi merupakan produk sampingan dari struktur kosmik seperti rongga – wilayah ruang antarkluster galaksi yang sangat luas dan hampir kosong.
“Model standar kosmologi dibangun berdasarkan asumsi bahwa alam semesta itu seragam dan tidak memiliki ciri dalam skala besar dan bahwa struktur kosmik tidak berdampak signifikan terhadap evolusi alam semesta,” kata Lane. “Timescape mengabaikan asumsi-asumsi ini dan menemukan bahwa percepatan alam semesta adalah hasil umpan balik antar struktur kosmik.”
Karena materi dan gravitasinya yang sangat sedikit, ruang hampa mengembang lebih cepat dibandingkan bagian alam semesta yang lebih padat, seperti gugus galaksi. Menurut model bentang waktu, dominasi kekosongan ini di lanskap kosmik dapat menjelaskan percepatan yang diamati tanpa memerlukan energi gelap.
Bukti yang mendukung rentang waktu
Tim menganalisis kumpulan data Pantheon+ dan menemukan bahwa hasilnya sangat selaras dengan model bentang waktu — dan dalam beberapa kasus bahkan mengungguli model kosmologis standar.
“Saat mempertimbangkan setiap supernova, termasuk supernova yang sangat dekat dengan kita Bimasaktiyang dapat dipengaruhi oleh struktur lokal, kami menemukan preferensi yang sangat kuat dalam mendukung model Timescape,” kata Lane. Ketika supernova di alam semesta terdekat dikecualikan untuk memperhitungkan perbedaan lokal, bukti-bukti tetap mendukung, sejalan dengan temuan dari Survei Energi Gelap (DARI).
Hasil-hasil ini menimbulkan tantangan langsung terhadap perlunya energi gelap. “Menemukan bukti moderat atau kuat secara konsisten untuk model kosmologis tanpa energi gelap menggunakan salah satu metode observasi paling signifikan secara historis merupakan prospek menarik untuk dieksplorasi demi masa depan kosmologi,” kata Lane.
Jalan di depan
Meskipun temuan ini menarik, Lane menekankan bahwa penelitian lebih lanjut diperlukan untuk memperkuat kasus timescape. “Meskipun ada faktor-faktor lain yang perlu dipertimbangkan agar hal ini dapat lebih diterapkan dalam komunitas kosmologi, hal ini membuktikan uji awal yang menjanjikan,” katanya.
Di masa depan, tim berencana untuk menggabungkan kumpulan data Pantheon+ dengan data dari Survei Energi Gelap dan osilasi akustik baryon — pola distribusi galaksi yang dapat digunakan sebagai penguasa kosmik lainnya. Para astronom juga melakukan simulasi tentang bagaimana ruang hampa mengembang di bawah kerangka tersebut relativitas umum dan mengeksplorasi bagaimana efek ini berlaku pada pembentukan dan evolusi galaksi.
“Kelompok penelitian kami sedang menjajaki beberapa perluasan pada penelitian kami saat ini, yang bertujuan untuk menantang aspek dasar kosmologi,” kata Lane. “Kerangka persaingan yang kuat akan tetap meningkatkan masa depan kosmologi dan pemahaman kita saat ini mengenai tantangan yang dihadapi di bidang ini.”
