Berapa Ukuran Alam Semesta?

Kira-kira luas alam Semesta ini berapa ya? Dan dimana batasnya?
M. Zildan TM – Sukabumi & Anonim

Apakah alam semesta ini ada ujungnya / tepinya?
Marwanto – Jogja ; Hendra Wardana – Balikpapan

Sampai saat ini sains belum bisa menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut. Ada keterbatasan yang membuat kita tidak bisa mengetahui dengan pasti ukuran alam semesta.

Apakah alam semesta bertepi atau tidak bertepi….kita belum bisa menjawabnya.

Mengapa bisa demikian, mari kita telusuri bersama.

Galaksi-galaksi jauh yang dipotret Teleskop Hubble. Kredit: NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee, & P. Oesch, University of California, Santa Cruz; R. Bouwens, Leiden University; dan tim HUDF09
Galaksi-galaksi jauh yang dipotret Teleskop Hubble. Kredit: NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee, & P. Oesch, Universitas California, Santa Cruz; R. Bouwens, Universitas Leiden; dan tim HUDF09

Secara umum, alam semesta adalah ruang dan waktu yang diisi oleh benda-benda yang kita kenal sebagai planet, planet katai, asteroid, komet, bintang, galaksi, semua yang ada di ruang antar bintang dan antar galaksi, juga seluruh materi dan energi.

Tapi, itu semua ada dalam batasan alam semesta yang sudah berhasil kita amati atau yang kita sebut sebagai alam semesta teramati. Batasnya adalah horison atau cakrawala alam semesta itu sendiri. Di luar itu, kita tidak punya informasi apapun.  Yang akan dibahas dalam tulisan ini adalah alam semesta teramati yang sudah kita ketahui dengan baik informasinya.

Kurir Informasi di Alam Semesta

Informasi dari semua benda yang ada di alam semesta itu berasal dari cahaya yang datang dalam berbagai panjang gelombang. Cahaya menjadi sidik jari utama bagi para astronom untuk bisa mengidentifikasi benda-benda langit. Karena itulah kita bisa mengetahui bagaimana bintang dan sistem keplanetan terbentuk. Kita bisa mengetahui evolusi bintang. Kita juga bisa melakukan cacah bintang dan galaksi yang ada di alam semesta.

Modalnya cuma satu. Cahaya.

Tapi, ada benda seperti lubang hitam yang tidak memancarkan cahaya sama sekali. Kita bisa tahu keberadaannya dari interaksinya dengan benda-benda yang ada di sekelilingnya. Bukan dari lubang hitam itu sendiri.

Seluruh informasi itu kita terima di Bumi setelah cahayanya kita terima. Dan cahaya itu butuh waktu untuk bisa sampai ke pengamat di Bumi. Cahaya bergerak dengan kecepatan 299,792,458 meter/detik dalam ruang hampa. Jadi dalam satu tahun, cahaya menempuh jarak 9.467.280.000.000 km.

Berdasarkan teori relativitas khusus yang dipublikasikan tahun 1905, kecepatan cahaya atau c merupakan kecepatan maksimum bagi energi, materi dan informasi untuk bergerak di alam semesta.

Semakin jauh suatu benda, maka semakin lama pula waktu yang dibutuhkan cahaya untuk bisa diterima pengamat. Karena itu, ketika cahaya tiba dan diterima pengamat di Bumi, informasi yang kita miliki itu bisa berasal dari masa lalu.

Contohnya, Matahari. Jarak Bumi dan Matahari 150 juta km. Jauh bagi kita yang ada di Bumi. Tapi bagi para astronom, jarak ini cukup dekat. Cahaya yang kita terima dari Matahari itu menempuh perjalanan selama 8 menit untuk bisa tiba di Bumi. Atau dengan kata lain, jarak Bumi – Matahari itu 8 menit cahaya.

Sedikit lebih jauh, jarak Matahari ke bintang terdekat yakni Proxima Centauri 4,24 tahun cahaya. Artinya, bintang Proxima Centauri yang kita amati saat ini berasal dari cahaya yang datang ke pengamat 4,24 tahun yang lalu.

Dalam konteks yang lebih besar, Matahari bersama milyaran bintang lainnya, merupakan penghuni galaksi Bima Sakti. Galaksi yang jadi rumah bagi kita semua ini memiliki ukuran 100.000 tahun cahaya. Dengan kata lain, cahaya butuh waktu 100.000 tahun untuk bergerak dari sisi Bima Sakti yang satu ke sisi lainnya.

Jarak Bima Sakti ke galaksi Andromeda 2,5 juta tahun cahaya. jauh kan? Dan itu belum seberapa. Sampai saat ini kita sudah memiliki informasi yang dibawa cahaya kalau alam semesta teramati itu diisi oleh 2 triliun galaksi. Dua triliun! Dan masing-masing galaksi diisi oleh jutaan sampai milyaran bintang. Dan jarak antar galaksi juga tidak dekat.

Apa yang bisa kita simpulkan? Alam semesta itu luar biasa besar!

Seberapa besar?

Informasi yang kita miliki saat ini berasal dari cahaya yang sudah menempuh perjalanan 13,8 miliar tahun. Artinya jarak terjauh yang kita ketahui adalah 13,8 milyar tahun cahaya.

Itu batas pengamatan kita.

Informasi lain, alam semesta memuai atau mengembang. Pemuaian yang dimaksud bukan seperti dalam pandangan umum ada sebuah benda yang mengembang dan membesar dalam sebuah ruang. Pemuaian alam semesta merupakan pemuaian dari ruang itu sendiri.

Pemuaian alam semesta ditandai oleh galaksi-galaksi yang bergerak saling menjauhi. Ruang antar galaksi semakin lebar, dan ini diketahui lagi-lagi dari cahaya yang memberi informasi pergeseran merah.

Apa implikasinya?

Karena alam semesta memuai, maka obyek yang jadi sumber cahaya tersebut tentunya juga sudah bergerak menjauhi galaksi kita.

Galaksi GN-Z11. Kredit: NASA, ESA, P. Oesch (Yale University), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Yale University), & G. Illingworth (University of California, Santa Cruz)
Galaksi GN-Z11. Kredit: NASA, ESA, P. Oesch (Universitas Yale), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Universitas Yale), & G. Illingworth (Universitas California, Santa Cruz)

Contohnya, galaksi tertua di alam semesta yakni GN-z11 yang berada di rasi Ursa Mayoris. Usianya 13,4 milyar tahun dan jaraknya juga 13,4 milyar tahun cahaya. Tapi, alam semesta memuai sehingga jarak yang ditempuh cahaya jadi lebih jauh. Jarak yang ditempuh cahaya inilah yang disebut sebagai jarak horizon yang nilainya sekitar 3x umur alam semesta.

Hasil pengamatan memperlihatkan kalau galaksi GN-z11 memiliki pergeseran merah z = 11,1, dan ini berarti jarak GN-z11 saat ini 32 milyar tahun cahaya.

Alam semesta teramati. Kredit: Wikimedia
Alam semesta teramati. Kredit: Wikimedia

Usia alam semesta 13,8 milyar tahun. Artinya, cahaya sudah meninggalkan sumbernya sejak 13,8 milyar tahun lalu. Jika alam semesta tidak memuai atau statis, maka jarak ke tepi alam semesta itu 13,8 milyar tahun cahaya. Pemuaian alam semesta menyebabkan sumber cahaya sudah menjauh dari pengamat.

Dari pengukuran yang dilakukan para astronom, jarak atau tepi alam semesta teramati adalah 46,5 milyar tahun cahaya. Jadi, ukuran atau diameter alam semesta teramati adalah 93 milyar tahun cahaya.

Itu adalah ukuran alam semesta teramati yang kita ketahui.

Ingat! Ini bukan ukuran seluruh Alam Semesta, melainkan alam semesta yang teramati oleh pengamat di Bumi.

Cahaya memang bergerak sangat cepat dan tidak ada apapun di alam semesta yang bisa bergerak melebihi kecepatan cahaya.

Tapi, tidak demikian jika dibandingkan dengan laju pemuaian alam semesta. Pemuaian alam semesta bisa melebihi kecepatan cahaya. Akibatnya, cahaya dari galaksi-galaksi jauh yang menjauhi pengamat akibat pemuaian alam semesta, tidak lagi bisa kita terima. Atau, ada ruang di alam semesta yang tidak lagi bisa berinteraksi dengan pengamat di Bumi. Bisa disimpulkan kalau di luar batas alam semesta teramati, pengamat tidak lagi bisa menerima informasi apapun.

Apa yang ada di luar jarak alam semesta teramati belum kita ketahui dengan pasti. Bisa jadi hanya ada galaksi-galaksi dan lebih banyak bintang. Tapi kemampuan cahaya untuk bergerak terbatas dibanding laju pemuaian alam semesta. Karena itu, cerita tentang benda-benda yang luar biasa jauh itu tidak akan pernah bisa kita terima.

Implikasi lain, ukuran seluruh alam semesta juga belum bisa dijawab oleh ilmu pengetahuan karena informasi kita hanya terbatas pada alam semesta teramati.


Punya pertanyaan tentang astronomi? Silahkan Tanya LS!

Ditulis oleh

Pengembara Angkasa

Pengembara Angkasa

Pengelana yang telah banyak menjelajahi angkasa raya dan ingin membagi kisahnya dengan banyak orang. Senang pula mengamen, nebeng kapal orang, dan menumpang tidur di rumah singgah antar bintang.