Kredit gambar: NASA
Ahli astronomi yang ingin mempelajari alam semesta awal menghadapi masalah asas. Bagaimana anda memerhatikan apa yang ada selama "zaman kegelapan," sebelum bintang-bintang pertama terbentuk untuk menerangnya? Ahli teori Abraham Loeb dan Matias Zaldarriaga (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) telah menemui jalan penyelesaian. Mereka mengira bahawa ahli astronomi dapat mengesan atom pertama di alam semesta awal dengan mencari bayang-bayang yang mereka lemparkan.
Untuk melihat bayang-bayang, seorang pemerhati mesti mengkaji latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB) - radiasi yang tersisa dari era pengumpulan semula. Ketika alam semesta berusia kira-kira 370,000 tahun, alam ini cukup sejuk agar elektron dan proton dapat bersatu, bergabung semula menjadi atom hidrogen neutral dan membiarkan sinaran peninggalan CMB dari Big Bang bergerak hampir tanpa gangguan di seluruh kosmos selama 13 bilion tahun yang lalu.
Lama kelamaan, beberapa foton CMB menemui gumpalan gas hidrogen dan diserap. Dengan mencari kawasan dengan foton yang lebih sedikit - kawasan yang dibayangi oleh hidrogen - ahli astronomi dapat menentukan taburan jirim di alam semesta yang sangat awal.
"Ada sejumlah besar informasi yang dicantumkan di langit gelombang mikro yang dapat mengajar kita tentang keadaan awal alam semesta dengan ketepatan yang indah," kata Loeb.
Inflasi dan Masalah Gelap
Untuk menyerap foton CMB, suhu hidrogen (khususnya suhu pengujaannya) mestilah lebih rendah daripada suhu sinaran CMB - keadaan yang wujud hanya ketika alam semesta berusia antara 20 hingga 100 juta tahun (usia Alam Semesta: 13.7 bilion tahun). Secara kebetulan, ini juga sebelum pembentukan bintang atau galaksi, membuka jendela unik ke dalam apa yang disebut "zaman kegelapan."
Mempelajari bayang-bayang CMB juga membolehkan para astronom memerhatikan struktur yang jauh lebih kecil daripada sebelumnya yang menggunakan instrumen seperti satelit Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Teknik bayangan dapat mengesan gumpalan hidrogen sekecil 30.000 tahun cahaya di alam semesta masa kini, atau setara dengan 300 tahun cahaya di alam semesta purba. (Skala telah bertambah besar seiring dengan pengembangan alam semesta.) Resolusi semacam itu adalah faktor 1000 kali lebih baik daripada resolusi WMAP.
"Kaedah ini menawarkan jendela ke dalam fizik alam semesta yang sangat awal, iaitu zaman inflasi di mana fluktuasi penyebaran jirim diyakini telah dihasilkan. Lebih-lebih lagi, kita dapat menentukan sama ada neutrino atau beberapa jenis zarah yang tidak diketahui memberi sumbangan besar kepada jumlah 'bahan gelap' di alam semesta. Soalan-soalan ini - apa yang berlaku pada zaman inflasi dan apa yang menjadi masalah gelap - adalah masalah utama dalam kosmologi moden yang jawapannya akan menghasilkan pandangan asas mengenai alam semesta, "kata Loeb.
Cabaran Pemerhatian
Atom hidrogen menyerap foton CMB pada panjang gelombang tertentu 21 sentimeter (8 inci). Perluasan alam semesta membentang panjang gelombang dalam fenomena yang disebut redshifting (kerana panjang gelombang yang lebih panjang lebih merah). Oleh itu, untuk melihat penyerapan 21 cm dari alam semesta awal, para astronom mesti melihat panjang gelombang yang lebih panjang 6 hingga 21 meter (20 hingga 70 kaki), di bahagian radio spektrum elektromagnetik.
Memerhatikan bayangan CMB pada panjang gelombang radio akan menjadi sukar kerana gangguan oleh sumber langit latar depan. Untuk mengumpulkan data yang tepat, para astronom perlu menggunakan teleskop radio generasi seterusnya, seperti Array Frekuensi Rendah (LOFAR) dan Array Kilometer Persegi (SKA). Walaupun pemerhatian akan menjadi cabaran, potensi hasilnya besar.
"Terdapat lombong emas maklumat di luar sana yang menunggu untuk diambil. Walaupun pengesanan penuhnya mungkin mencabar secara eksperimental, bermanfaat untuk mengetahui bahawa ia ada dan bahawa kita boleh berusaha mengukurnya dalam masa terdekat, "kata Loeb.
Penyelidikan ini akan diterbitkan dalam edisi Surat Tinjauan Fizikal yang akan datang, dan kini boleh didapati dalam talian di http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312134.
Beribu pejabat di Cambridge, Mass., Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics adalah kerjasama bersama antara Smithsonian Astrophysical Observatory dan Harvard College Observatory. Para saintis CfA, disusun dalam enam bahagian penyelidikan, mengkaji asal usul, evolusi dan nasib akhir alam semesta.
Sumber Asal: Siaran Berita Harvard CfA
