Mengunjungi Proxima Centauri b, (Kandidat) Planet Tata Surya Non Matahari Terdekat

Frasa “mengunjungi planet Proxima Centauri b” disini tentu saja maknanya konotatif, hanya sebentuk imajinasi. Sebab guna merealisasikannya dengan teknologi yang dikuasai umat manusia saat ini sungguh tak terbayang lamanya. Sebab jarak antara Bumi dan Proxima Centauri b adalah sebesar 4,22 tahun cahaya, sementara setahun cahaya itu setara jarak 9,46 trilyun kilometer. Sehingga apabila kita menggunakan roket-roket komersial pengorbit satelit ke orbit Bumi (yang kecepatan puncaknya rata-rata 7,7 km/detik), butuh waktu paling tidak 165.000 tahun sejak berangkat dari Bumi hingga tiba di Proxima Centauri b. Waktu 165.000 tahun itu hampir mirip dengan waktu yang dibutuhkan leluhur umat manusia untuk bermigrasi dari tanah Afrika timur ke segenap penjuru hingga membentuk peradaban manusia seperti saat ini.

Andaikata kita menggunakan wantariksa (wahana antariksa) tercepat buatan manusia saat ini, yakni Juno (kecepatan puncak 40 km/detik) yang baru saja tiba di lingkungan planet raksasa gas Jupiter, waktu yang dibutuhkan masih selama hampir 29.000 tahun.  Bahkan andaikata proyek Breakthrough Starshot yang sedang digagas bisa merengkuh sukses, sebuah wantariksa mini seberat beberapa gram baru akan tiba di Proxima Centauri b setelah menempuh waktu 20 tahun meski melesat secepat seperlima kecepatan cahaya.

Gambar 1. Gambaran artis planet Proxima Centauri b sebagai planet berbatu (terestrial) yang beredar mengelilingi bintang induknya yang kemerahan dan redup. Planet tersebut terletak di zona Goldilocks bintang Proxima Centauri sehingga mungkin mengandung air dalam bentuk cair. Sepasang bintang di latarbelakang adalah bintang alpha Centauri A dan alpha Centauri B. Sumber: ESO/M.Kornmesser, 2016.

Gambar 1. Gambaran artis planet Proxima Centauri b sebagai planet berbatu (terestrial) yang beredar mengelilingi bintang induknya yang kemerahan dan redup. Planet tersebut terletak di zona Goldilocks bintang Proxima Centauri sehingga mungkin mengandung air dalam bentuk cair. Sepasang bintang di latarbelakang adalah bintang alpha Centauri A dan alpha Centauri B. Sumber: ESO/M.Kornmesser, 2016.

Proxima Centauri b adalah nama yang sedang menghebohkan jagat astronomi di hari-hari terakhir ini. Terutama sejak 24 Agustus 2016 Tarikh Umum (TU). Biang keladinya adalah ESO (European Southern Observatory), institusi riset antarnegara Eropa dan juga pemilik sejumlah teleskop raksasa termutakhir di Bumi. Mereka melansir temuan menghebohkan: ada planet seukuran Bumi yang ditemukan mengorbit bintang Proxima Centauri. Itu bintang terdekat terhadap Bumi kita setelah Matahari, namun demikian redupnya sehingga mustahil bisa dilihat dengan mata biasa saja (tanpa bantuan teleskop). Diindikasikan pertama kali pada 2013 TU, ESO kemudian meluncurkan kampanye ambisius bertajuk Pale Red Dot guna menyeret planet itu keluar dari selimut persembunyiannya.

Tak tanggung-tanggung, ESO mengerahkan teleskop reflektor raksasa dengan cermin obyektif bergaris tengah 3,6 meter di Observatorium La Silla (Chile). Teleskop hebat itu dirangkai dengan spektograf HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) yang hebat. Tak hanya itu, ESO juga mengerahkan teleskop raksasa lain andalannya, yakni teleskop reflektor VLT (Very Large Telescope) dengan cermin bergaris tengah 8 meter yang berpangkalan di Gurun Atacama (juga di Chile). Teleskop VLT dirangkai dengan spektograf lain yang tak kalah hebatnya, yakni UVES (Ultraviolet and Visual Echelle Spectograph). Dengan dua radas (instrumen) canggih ini ESO memburu keberadaan planet tata surya non Matahari (planet ekstrasolar) terdekat ke Bumi kita lewat metode Doppler.

Perburuan ini berujung manis dengan penemuan planet tersebut, yang untuk sementara diberi nama planet Proxima Centauri b. Meski hingga saat ini umat manusia telah menemukan tak kurang dari 3.200 buah planet tata surya non Matahari terhitung sejak 1995 TU, namun Proxima Centauri b tetap menggemparkan. Sebab selain paling dekat dengan Bumi kita, ia juga seukuran dengan planet biru tempat tinggal manusia ini. Selain itu ia diduga cukup hangat sehingga mampu menjaga air dalam bentuk cair. Air dalam bentuk cair menjadi komponen yang penting dalam kehidupan.

Bintang Induk

Planet Proxima Centauri b adalah planet yang mengorbit bintang Proxima Centauri, bintang terdekat dengan Bumi kita setelah Matahari. Namun bintang Proxima Centauri cukup redup. Sehingga ia hanya bisa disaksikan dengan menggunakan teleskop yang lensa/cermin obyektifnya bergaris tengah minimal 8 cm. Karena itu tak mengherankan bahwa bintang terdekat tapi  redup ini baru disadari keberadaannya oleh umat manusia dalam kurun seabad terakhir saja. Adalah Robert Innes, astronom kelahiran Skotlandia yang mengepalai Observatorium Union di Johannesburg (Afrika Selatan), yang menyadari ada bintang tak biasa di sekitar sistem bintang Alpha Centauri. Bintang tersebut memiliki gerak diri (proper motion) yang setara dengan sistem bintang alpha Centauri, namun sangat redup dan terpisah jauh (elongasi 2,2°). Pengukuran paralaks nan teliti oleh Harold Alden pada 1928 TU menunjukkan bahwa bintang tersebut, yang lantas dikenal sebagai Proxima Centauri, ternyata lebih dekat ke Bumi dibandingkan sistem bintang ganda alpha Centauri.

Gambar 2. Bintang alpha Centauri A yang sangat terang (tengah) yang kontras dengan bintang Proxima Centauri nan redup (titik merah dalam lingkaran merah). Jika dibandingkan, Proxima Centauri adalah 26 kali lebih redup ketimbang alpha Centauri A. Diabadikan di Belanda pada 20 Februari 2012 TU dengan kamera DSLR Canon memakai lensa 85 mm (f/1,8). Ada 11 frame hasil bidikan yang dijadikan satu lewat teknik stacking. Masing-masing frame memiliki waktu paparan 30 detik. Sumber: Skatebiker, 2012.

Gambar 2. Bintang alpha Centauri A yang sangat terang (tengah) yang kontras dengan bintang Proxima Centauri nan redup (titik merah dalam lingkaran merah). Jika dibandingkan, Proxima Centauri adalah 26 kali lebih redup ketimbang alpha Centauri A. Diabadikan di Belanda pada 20 Februari 2012 TU dengan kamera DSLR Canon memakai lensa 85 mm (f/1,8). Ada 11 frame hasil bidikan yang dijadikan satu lewat teknik stacking. Masing-masing frame memiliki waktu paparan 30 detik. Sumber: Skatebiker, 2012.

Karena memiliki gerak diri yang setara, bintang ini pun dianggap sebagai bagian dari sistem bintang alpha Centauri. Maka alpha Centauri merupakan sistem bintang tripel yang beranggotakan bintang alpha Centauri A, bintang alpha Centauri B dan bintang alpha Centauri C (Proxima Centauri). Ketiganya beredar mengelilingi sebuah titik pusat massa yang sama. Namun ada yang ganjil dalam sistem bintang tripel ini. Jarak rata-rata alpha Centauri A terhadap alpha Centauri B hanya 11 SA (satuan astronomi), atau setara jarak dari Matahari ke orbit Uranus. Dengan demikian baik alpha Centauri A dan maupun alpha Centauri B hanya membutuhkan waktu 80 tahun untuk menuntaskan gerak mengelilingi titik pusat massa bersama sekali putaran. Namun tidak demikian halnya dengan Proxima Centauri. Jaraknya  luar biasa besar, yakni 13.000 SA atau setara seperempat tahun cahaya dari titik itu. Maka Proxima Centauri butuh 500.000 tahun untuk mengedari titik pusat massa bersama sekali putaran.

Keganjilan lainnya, jika bintang alpha Centauri A dan bintang alpha Centauri B tergolong bintang yang relatif terang dengan magnitudo semu masing-masing adalah +0,01 dan +1,33 maka bintang Proxima Centauri justru sangat redup (magnitudo semu +11,02). Keganjilan berikutnya, bila bintang alpha Centauri A dan bintang alpha Centauri B adalah anggota kelompok bintang deret utama (masing-masing kelas G dan K), maka bintang Proxima Centauri justru merupakan anggota bintang katai merah (red dwarf). Keganjilan-keganjilan ini mendorong sejumlah astronom mempertanyakan apakah bintang Proxima Centauri benar-benar bagian dari sistem bintang alpha Centauri. Sebab terbuka kemungkinan bahwa bintang Proxima Centauri adalah bintang yang kebetulan saja sedang melintas di dekat sistem bintang alpha Centauri dan tak terikat (secara gravitasi) dengan sistem bintang tersebut.

Sebagai bintang terdekat ke Bumi setelah Matahari kita, banyak informasi akan Proxima Centauri yang telah terungkap. Dalam banyak hal bintang redup ini kalah pamor dibanding Matahari. Misalnya, massa Proxima Centauri hanyalah 12 % dari massa Matahari. Sementara radiusnya hanya 14,1 % dari radius Matahari. Sehingga bintang Proxima Centauri ini pada galibnya hanya sedikit lebih besar dari Jupiter.  Selanjutnya luminositas, yakni jumlah energi yang dilepaskan per satuan waktu, juga sangat kecil. Luminositas bolometriknya adalah 0,15 % dari luminositas Matahari. Sementara dalam spektrum cahaya tampak (visual), luminositasnya bahkan jauh lebih kecil lagi yakni hanya 0,005 % dari luminositas Matahari. Sebab 85 % energi Proxima Centauri dihantarkan dalam spektrum sinar inframerah. Suhu fotosfera (permukaan)-nya juga rendah yakni hanya 3.050 Kelvin, sementara pada Matahari mencapai 5.800 Kelvin. Layaknya Matahari, Proxima Centauri pun memiliki siklus aktivitasnya sendiri dengan puncak aktivitas ditandai peristiwa mirip badai Matahari. Akan tetapi periode siklus aktivitas Proxima Centauri jauh lebih pendek, yakni ‘hanya’ 442 hari. Sementara pada Matahari periodenya mencapai 11 tahun.

Tetapi di sisi lain, banyak pula karakter Proxima Centauri yang lebih dominan. Misalnya saja dalam hal kerapatan (massa jenis)-nya yang jauh lebih besar, yakni 40 kali lipat dari Matahari. Bintang dengan kerapatan besar  umum dijumpai pada bintang-bintang eksotik yang telah mengalami evolusi tahap lanjut, termasuk diantaranya bintang katai. Juga medan magnetiknya. Sebagai bintang dengan massa rendah, perpindahan panas dalam interior Proxima Centauri sepenuhnya dalam bentuk konveksi. Salah satu konsekuensinya adalah dibangkitkan dan dipertahankannya medan magnet bintang yang cukup kuat, 600 kali lebih kuat ketimbang Matahari. Konsekuensi lainnya, 88 % fotosfera Proxima Centauri adalah aktif, proporsi yang jauh lebih besar dibanding Matahari. Imbasnya korona Proxima Centauri pun mengalami pemanasan lebih tinggi sehingga bersuhu 3,5 juta Kelvin. Sementara suhu korona Matahari ‘hanya’ 2 juta Kelvin.

Gambar 3. Jejak badai bintang Proxima Centauri seperti yang terekam dalam fotometri kuasi-simultan dari teleskop ASH2 (Astrograph for the South Hemisphere II) dengan filter Hidrogen alpha pada spektrum cahaya tampak dan LCOGT (Las Cumbres Observatory Global Telescope) juga pada sepktrum cahaya tampak. Jejak badai bintang ditandai dengan panah abu-abu. Dalam waktu pengamatan selama 80 hari berturut-turut, nampak terdeteksi minimal tiga peristiwa badai bintang. Kedua teleskop tersebut merupakan bagian dari kampanye pale red dot ESO untuk menemukan planet di bintang Proxima Centauri. Sumber: ESO/Anglada-Escude dkk, 2016.

Gambar 3. Jejak badai bintang Proxima Centauri seperti yang terekam dalam fotometri kuasi-simultan dari teleskop ASH2 (Astrograph for the South Hemisphere II) dengan filter Hidrogen alpha pada spektrum cahaya tampak dan LCOGT (Las Cumbres Observatory Global Telescope) juga pada sepktrum cahaya tampak. Jejak badai bintang ditandai dengan panah abu-abu. Dalam waktu pengamatan selama 80 hari berturut-turut, nampak terdeteksi minimal tiga peristiwa badai bintang. Kedua teleskop tersebut merupakan bagian dari kampanye pale red dot ESO untuk menemukan planet di bintang Proxima Centauri. Sumber: ESO/Anglada-Escude dkk, 2016.

Proxima Centauri dikenal sebagai bintang suar (flare star) atau bintang yang kerap menyemburkan badai bintang. Fakta ini diketahui pada 1951 TU oleh astronom Harlow Shapley setelah menganalisis pelat-pelat fotografis terkait bintang ini sejak 1915 TU. Ia mendapati bahwa bintang Proxima Centauri memiliki kecenderungan untuk bertambah terang hingga 8 % lebih terang dari semula, lantas kemudian meredup lagi. Peningkatan dan pengurangan kecerlangan ini berlangsung secara periodik dengan periode rata-rata 442 hari. Sumber peningkatan kecerlangan ini adalah badai bintang. Berbeda dengan badai Matahari, medan magnet Proxima Centauri yang jauh lebih kuat menyebabkan hampir seluruh fotosfera-nya menjadi area badai. Sehingga badai bintang Proxima Centauri kerap berukuran hingga sebesar bintangnya itu sendiri. Saat badai bintang terjadi, suhu bintang melonjak hingga 27 juta Kelvin, yang memungkinkan untuk memancarkan sinar-X. Ini membuat luminositas sinar-X Proxima Centauri setara dengan Matahari. Bahkan dalam puncak badai, luminositas sinar-X Proxima Centauri dapat mencaai 100 kali lebih besar ketimbang Matahari.

Planet

Planet Proxima Centauri b, atau sebut saja sebagai Proxima b, ditemukan dengan metode Doppler atau metode kecepatan radial. Ini adalah metode tak langsung dalam menemukan planet tata surya non Matahari dengan jalan mendeteksi pergeseran pada garis-garis spektrum emisi dari bintang induknya. Metode ini seperti halnya kita mendeteksi ada tidaknya mobil ambulans yang sedang menjauh atau mendekat  lewat keras lirihnya suara sirenenya. Hanya saja untuk kasus ini bukan suara yang menjadi fokus perhatian, melainkan spektrum emisi bintang. Meski, baik dalam kasus mobil ambulans maupun bintang, kuncinya terletak pada frekuensi. Yakni frekuensi suara (untuk mobil ambulans) dan frekuensi cahaya (untuk bintang).

Pada dasarnya setiap bintang bergerak relatif terhadap Bumi kita dalam kecepatan tertentu yang dinamakan kecepatan radial. Bilamana bintang tersebut memiliki planet, maka gangguan gravitasi planet itu akan menyebabkan perubahan periodik pada kecepatan radial bintang. Mari lihat   tata surya kita sebagai contoh. Meskipun Jupiter tetap setia mengedari Matahari dalam orbitnya, namun gangguan gravitasi Jupiter juga membuat kecepatan radial Matahari berubah secara periodik. Meski amplitudo perubahan itu sangat kecil, yakni hanya 12,4 meter/detik dengan periode 12 tahun (yang sama dengan periode revolusi Jupiter). Jika hal serupa diaplikasikan pada Bumi kita, yang massanya jauh lebih kecil ketimbang Jupiter, maka amplitudo perubahan kecepatan radial Matahari pun jauh lebih kecil lagi.  Yakni hanya 0,1 meter/detik dengan periode 1 tahun. Upaya mendeteksi perubahan kecepatan radial bintang dapat dilakukan melalui radas spektograf berakurasi sangat tinggi yang khusus dibuat untuk itu.

Gambar 4. Deteksi tak langsung eksistensi planet Proxima Centauri b yang mengorbit bintang Proxima Centauri, seperti terlihat pada perubahan kecepatan radial bintang tersebut berdasarkan hasil observasi dengan spektograf HAVES dan UVES. Nampak jelas pada kedua periodogram di atas, terdapat sinyal kuat dengan puncak pada periode 11,19 hari. Ini menjadi indikasi ada sebuah obyek yang mengelilingi Proxima Centauri dengan periode revolusi 11,19 hari Bumi. Sumber: ESOAnglada-Escude dkk, 2016.

Gambar 4. Deteksi tak langsung eksistensi planet Proxima Centauri b yang mengorbit bintang Proxima Centauri, seperti terlihat pada perubahan kecepatan radial bintang tersebut berdasarkan hasil observasi dengan spektograf HAVES dan UVES. Nampak jelas pada kedua periodogram di atas, terdapat sinyal kuat dengan puncak pada periode 11,19 hari. Ini menjadi indikasi ada sebuah obyek yang mengelilingi Proxima Centauri dengan periode revolusi 11,19 hari Bumi. Sumber: ESOAnglada-Escude dkk, 2016.

Radas HARPS memiliki kemampuan mendeteksi perubahan kecepatan radial bintang hingga 0,3 m/detik. Saat HARPS diarahkan ke bintang Proxima Centauri dalam rentang waktu observasi relatif lama, didapati adanya perubahan kecepatan radial dengan amplitudo sebesar 1,76 meter/detik dengan periode 11,19 hari. Perubahan yang sama dengan periode serupa juga dideteksi oleh radas UVES meski amplitudonya sedikit berbeda, yakni 1,69 meter/detik. Perubahan kecepatan radial pada bintang Proxima Centauri b menjadi indikasi bahwa bintang ini dikelilingi oleh setidaknya sebuah kandidat planet.

Analisis lebih lanjut memperlihatkan planet tersebut, yakni Proxima Centauri b, beredar pada jarak rata-rata sebesar 0,049 SA atau 7,33 juta kilometer dari bintang Proxima Centauri. Kelonjongan orbit (eksentrisitas)-nya diketahui lebih kecil dari 0,35. Apabila nilai kelonjongannya tepat 0,35 maka Proxima Centauri b beredar mengelilingi bintang induknya dalam sebentuk orbit lonjong yang memiliki periastron (titik terdekat ke bintang) sebesar 0,032 SA atau 4,79 juta kilometer dan apastron (titik terjauh ke bintang) sebesar 0,066 SA atau 9,87 juta kilometer. Periode revolusi Proxima Centauri b adalah 11,19 hari sehingga setahun di sana sama dengan 11,19 hari. Massanya, tepatnya massa minimumnya adalah 1,27 kali massa Bumi sehingga planet Proxima Centauri b mungkin merupakan planet terestrial (planet batuan). Sementara paparan sinar yang diterimanya adalah 65 % paparan sinar Matahari di Bumi, atau setara dengan 889 watt/meter2.

Apa yang menarik dari planet ini adalah suhu rata-rata parasnya dan lingkungan tempatnya berada. Jika dianggap tidak memiliki atmosfer, maka suhu paras rata-rata Proxima Centauri b adalah minus 39° Celcius (234 Kelvin). Sebaliknya jika planet  Proxima Centauri b mempunyai atmosfer maka suhu paras rata-ratanya menjadi lebih besar yakni mencapai 30° Celcius (303 Kelvin). Namun angka perkiraan ini relatif kasar karena hanya memperhitungkan jarak planet ke bintang induknya dan intensitas penyinaran. Dalam menggali persoalan ini lebih lanjut, Laboratoire de Météorologie Dynamique’s Planetary Global Climate Model melakukan simulasi dengan berbasis dua asumsi seiring kedekatan jarak orbit Proxima Centauri b dengan bintang induknya. Asumsi pertama, planet Proxima Centauri b mengalami resonansi 3:2. Artinya tiap kali Proxima Centauri b tepat dua kali mengelilingi bintang induk, maka ia juga tepat tiga kali berotasi (berputar pada porosnya). Sehingga dalam asumsi ini periode rotasi Proxima Centauri b adalah 7,46 hari. Sementara asumsi kedua adalah planet Proxima Centauri b terikat dalam gaya tidal dengan bintang induknya, atau mengalami rotasi tersinkron. Dalam kondisi ini maka periode rotasi Proxima Centauri b akan tepat sama dengan periode revolusinya, yakni 11,19 hari. Sehingga hemisfer Proxima Centauri b yang menghadap ke arah bintang Proxima Centauri selalu sama.

Dalam asumsi pertama, maka distribusi suhu paras di Proxima Centauri b bervariasi mulai dari yang terdingin di kutub (minus 90° Celcius) hingga yang terhangat di sekitar ekuator (0° Celcius). Jika terdapat air di Proxima Centauri b, maka distribusi suhu seperti ini akan membentuk samudera yang merentang di antara garis lintang 30° LU hingga garis lintang 30° LS. Sebaliknya apabila bersandar pada asumsi kedua, maka suhu paras Proxima Centauri b bervariasi mulai dari yang terdingin pada kawasan dekat kutub (di sekitar garis lintang 60° LU dan 60° LS) pada sisi yang membelakangi bintang induknya (yakni minus 75° Celcius) hingga yang terhangat di sekitar ekuator pada sisi yang menghadap bintang induk (yakni 30° Celcius). Bila ada air, maka akan terbentuk samudera yang lebih luas karena merentang mulai dari garis lintang 70° LU hingga garis lintang 70° LS.

Gambar 5. Prakiraan distribusi suhu paras rata-rata planet Proxima Centauri b berdasarkan asumsi mengalami resonansi 3:2 (kiri) dan rotasi tersinkron (kanan). Berdasarkan simulasi numerik yang dikerjakan Laboratoire de Météorologie Dynamique's Planetary Global Climate Model. Sumber: ESO, 2016.

Gambar 5. Prakiraan distribusi suhu paras rata-rata planet Proxima Centauri b berdasarkan asumsi mengalami resonansi 3:2 (kiri) dan rotasi tersinkron (kanan). Berdasarkan simulasi numerik yang dikerjakan Laboratoire de Météorologie Dynamique’s Planetary Global Climate Model. Sumber: ESO, 2016.

Kemungkinan keberadaan air dalam bentuk cair menjadi bagian paling menarik dari kisah penemuan planet Proxima Centauri b ini. Sebab dengan orbitnya, maka praktis planet tersebut terletak dalam zona Goldilock atau zona kedapathunian, yakni sebuah kawasan sejarak antara 0,0423 SA (6,33 juta kilometer) hingga 0,0816 SA (12,21 juta kilometer) dari bintang Proxima Centauri. Di dalam zona Goldilocks, bilamana terdapat air maka ia bisa berbentuk zat cair. Air dalam bentuk cair menjadi salah satu faktor yang mendukung kehidupan, baik dengan makhluk hidup yang memanen energi dari sinar bintang induknya maupun dengan makhluk hidup yang ditenagai pemanasan internal planet tersebut. Apabila air tersedia dalam jumlah besar, maka siklus air mungkin bisa berjalan dan turut membentuk lansekap berbatu planet tersebut.

Beberapa Catatan

Baiklah. Jadi apabila kita berkunjung ke planet Proxima Centauri b, entah bagaimanapun caranya, kemungkinan besar kita akan berjumpa dengan lansekap bebatuan padat layaknya Bumi dan juga samudera yang luas. Planetnya memang ganjil, karena setahun disana setara 11,19 hari Bumi sementara satu harinya mungkin setara dengan dua pertiga tahunnya atau malah setahunnya. Pertanyaan terpentingnya, adakah kehidupan disana? Atau bisakah planet Proxima Centauri b ini dihuni oleh kehidupan seperti Bumi?

Jawaban dari pertanyaan itu membuat para astronom terpolarisasi ke dalam dua kutub pendapat yang berbeda. Kutub pendapat pertama mengatakan tidak mungkin, baik untuk dihuni maupun menyemaikan kehidupan. Ada empat alasannya, yakni Proxima Centauri b mungkin mengalami rotasi tersinkron, bintang Proxima Centauri memiliki medan magnet yang sangat kuat (600 kali lipat medan magnet Matahari), bintang Proxima Centauri kerap menyemburkan badai bintang dan Proxima Centauri b mengalami paparan sinar-X dan sinar ultraungu yang sangat tinggi (paparan sinar-X-nya mungkin 400 kali lebih kuat dibanding Bumi). Dengan rotasi tersinkron, maka hemisfer Proxima Centauri b yang menghadap bintang induknya akan mengalami pemanasan berlebih. Sementara hemisfer yang membelakanginya menggigil kedinginan dalam beku. Dan dalam kondisi rotasi tersinkron pula, atmosfer Proxima Centauri b (bilamana ada) akan terkikis habis oleh hempasan badai bintang dan kuatnya medan magnet Proxima Centauri. Dan akhirnya, dengan paparan sinar-X dan sinar ultraungu yang sangat kuat, yang juga mampu menggerus dan mengikis atmosfer Proxima Centauri b hingga habis. Singkatnya, bagi kutub pendapat pertama ini planet Proxima Centauri b adalah planet yang berbahaya.

Sebaliknya kutub pendapat kedua mengatakan berbeda. Jadi mungkin saja Proxima Centauri b bisa dihuni dan menyemai benih kehidupan. Alasannya juga empat. Meski rotasinya tersinkron, planet Proxima Centauri b dapat memiliki keseimbangan suhu paras rata-rata antara hemisfer yang menghadap bintang dan yang membelakanginya bilamana tersedia atmosfer stabil yang mampu mendistribusikan panas lewat sirkulasi atmosfer global. Planet ini memang berhadapan dengan medan magnet bintang dan badai bintang yang kuat. Namun beberapa penelitian memperlihatkan bahwa jika Proxima Centauri b memiliki medan magnet mencukupi (layaknya medan magnet Bumi), maka ia akan mampu mempertahankan atmosfernya dari gempuran medan magnet dan badai bintang. Jumlah materi atmosfer yang terkikis akan cukup kecil. Jadi ia bisa menghindari nasib malang seperti halnya yang dialami Mars. Penelitian serupa juga mengungkap bahwa medan magnet  Proxima Centauri b juga bisa membuatnya mempertahankan atmosfernya dari gempuran sinar-X dan sinar ultraungu. Singkatnya, bagi kutub ini planet Proxima Centauri b memang tinggal di lingkungan berbahaya. Namun ia bisa bertahan andaikata memang memiliki medan magnet mencukupi.

Yang jelas kedua kutub pendapat tersebut menyepakati bahwa planet Proxima Centauri b ini berada di lingkungan yang hangat, yang mampu mempertahankan air dalam bentuk cair. Butuh observasi lebih lanjut untuk memastikan apakah planet ini memang demikian. Observasi, terutama oleh tim peneliti lain yang independen, sekaligus akan mengonfirmasi apakah sesungguhnya memang ada planet yang dimaksud di bintang Proxima Centauri. Sebab pada 2012 TU silam kita pernah mengalami kejadian tak mengenakkan terkait sistem bintang alpha Centauri. Saat itu tim astronom Eropa, juga bersenjatakan radas HARPS, mengumumkan telah mengidentifikasi adanya planet terestrial yang mengorbit bintang alpha Centauri B. Namun tiga tahun kemudian tim peneliti lain yang berbasis data HARPS yang sama menyimpulkan planet tersebut tidak ada. Apa yang semula diduga sebagai planet di bintang alpha Centauri B ternyata hanya sekedar cacat perhitungan matematis.

Observasi lebih lanjut juga akan mampu menentukan massa Proxima Centauri b dengan lebih baik. Saat ini informasi yang kita ketahui hanyalah massa minimumnya. Bergantung kepada sudut inklinasinya, maka massa Proxima Centauri b mungkin bisa bervariasi mulai dari sekecil 2,6 kali lipat massa Bumi hingga sebesar 70 kali lipat massa Bumi. Jika massanya terlalu besar, maka ia bukanlah planet terestrial.

Referensi :

Anglada-Escude dkk. 2016. A Terrestrial Planet Candidate in a Temperate Orbit around Proxima Centauri. Nature, vol. 536 no. 7617 (25 August 2016), pp 437–440.

Iklan

Gelombang Gravitasi, Terdeteksi Setelah Seabad Bersembunyi

Mari kembali ke masa 1,3 milyar tahun silam. Itulah masa saat dua buah benda langit dengan kerapatan yang amat sangat padat bertubrukan pada satu tempat di penjuru jagat raya kita. Umat manusia mengenal benda langit eksotis semacam itu dengan nama menggetarkan: lubang hitam. Dalam kejadian tubrukan akbar berskala kosmik 1,3 milyar tahun silam tersebut lubang hitam pertama memiliki massa 36 kali lipat Matahari. Sedangkan massa lubang hitam kedua ‘hanya’ 29 kali lipat Matahari. Tubrukan mahadahsyat itu menghasilkan lubang hitam tunggal, namun massanya ‘hanya’ 62 kali lipat Matahari. Maka ada setidaknya massa sebesar 3 kali lipat Matahari yang hilang. Namun massa tersebut ternyata tidaklah menghilang tanpa jejak, ia bertransformasi menjadi energi yang dijalarkan ke segenap penjuru jagat raya sebagai gelombang gravitasi.

Gambar 1. Ilustrasi dua buah lubang hitam menjelang bertubrukan dan menyatu. Kontur berwarna disekitar masing-masing lubang hitam menunjukkan amplitudo gelombang gravitasi yang dipancarkannya. Garis hijau dan ungu putus-putus menunjukkan lintasan berspiral masing-masing lubang hitam hingga menuju titik tubrukan dan menyatu. Panah hijau melingkar menunjukkan arah rotasi setiap lubang hitam. Peristiwa seperti inilah yang dideteksi observatorium LIGO lewat pancaran gelombang gravitasinya. Sumber: NASA, 2016.

Gambar 1. Ilustrasi dua buah lubang hitam menjelang bertubrukan dan menyatu. Kontur berwarna disekitar masing-masing lubang hitam menunjukkan amplitudo gelombang gravitasi yang dipancarkannya. Garis hijau dan ungu putus-putus menunjukkan lintasan berspiral masing-masing lubang hitam hingga menuju titik tubrukan dan menyatu. Panah hijau melingkar menunjukkan arah rotasi setiap lubang hitam. Peristiwa seperti inilah yang dideteksi observatorium LIGO lewat pancaran gelombang gravitasinya. Sumber: NASA, 2016.

Relativitas Umum dan Astronomi

Apa itu gelombang gravitasi? Segalanya berawal dari masa tepat seabad silam. Yakni tatkala salah satu jenius paling imajinatif dalam sejarah ilmu pengetahuan alam, yakni Albert Einstein, mempublikasikan pemikirannya mengenai relativitas umum pada bulan November 1915 Tarikh Umum (TU). Ini adalah penyempurnaan dari gagasan relativitas khusus yang telah dipublikasikannya tepat satu dasawarsa sebelumnya. Jika relativitas khusus lebih menekankan pada tidak adanya kerangka acuan mutlak (termasuk waktu) dan terdapat kesetaraan massa dan energi (yang amat terkenal dengan persamaan E=mc2), maka relativitas umum memperluasnya hingga mencakup gravitasi.

Dalam relativitas umum, segenap jagat raya terletak dalam geometri empat dimensi dimana tiga dimensi merupakan bagian dari dimensi ruang (yakni sumbu X, sumbu Y dan sumbu Z) sementara satu dimensi sisanya bagian dari dimensi waktu. Keempat dimensi itu saling tak terpisahkan, apa yang mempengaruhi ruang juga akan mempengaruhi waktu. Sehingga lahir kosakata ruang-waktu. Andaikata di dalam jagat raya ini tidak ada konsentrasi massa, maka ruang-waktu akan berbentuk datar. Namun konsentrasi massa, terlebih jika cukup massif dalam ruap benda langit seperti bintang-bintang dan galaksi, akan membuat ruang-waktu disekelilingnya melengkung demikian rupa. Derajat kelengkungan ini berbanding terbalik dengan jaraknya dari benda langit tersebut, semakin jauh maka akan semakin kecil. Di sisi lain, semakin besar massa benda langit maka semakin melengkung ruang-waktu disekelilingnya. Melengkungnya ruang-waktu disekitar benda langit akan menghasilkan sejumlah fenomena yang dapat dideteksi.

Gambar 2. Poster menjelang Gerhana Matahari Total 1919, yang menggambarkan bagaimana cahaya bintang-bintang jauh dibelokkan sedikit kala melintas di dekat benda langit bermassa cukup besar (massif) seperti Matahari sebagai efek dari melengkungnya ruang-waktu akibat benda massif. Posisi nampak bintang-bintang tersebut akan bergeser menjauh sedikit dari Matahari. Fenomena ini hanya bisa disaksikan pada saat peristiwa Gerhana Matahari Total. Observasi yang dilakukan Eddington dkk, memastikan bahwa berkas cahaya tersebut memang benar-benar berbelok sedikit. Sumber: Morison, 2008.

Gambar 2. Poster menjelang Gerhana Matahari Total 1919, yang menggambarkan bagaimana cahaya bintang-bintang jauh dibelokkan sedikit kala melintas di dekat benda langit bermassa cukup besar (massif) seperti Matahari sebagai efek dari melengkungnya ruang-waktu akibat benda massif. Posisi nampak bintang-bintang tersebut akan bergeser menjauh sedikit dari Matahari. Fenomena ini hanya bisa disaksikan pada saat peristiwa Gerhana Matahari Total. Observasi yang dilakukan Eddington dkk, memastikan bahwa berkas cahaya tersebut memang benar-benar berbelok sedikit. Sumber: Morison, 2008.

Benda-benda langit di jagat raya ini tidaklah diam dalam posisinya. Melainkan selalu bergerak. Dalam kasus khusus dimana benda langit tersebut memiliki massa cukup besar dan bergerak dipercepat, maka ruang-waktu disekelilingnya akan turut berubah. Perubahan tersebut akan menjalar menjauh ke segala arah yang bergerak secepat cahaya sebagai riak-riak ruang-waktu. Inilah gelombang gravitasi.

Masih bingung dengan gelombang gravitasi? Mari bentangkan selembar selimut sejarak sekitar 50 cm di atas tempat tidur kita. Agar tetap melayang, ikat keempat ujungnya pada masing-masing tiang di setiap sudut ranjang. Lantas taruhlah sebuah bola sepak, pelan-pelan saja dan tepat di tengah-tengahnya. Selimut itu melengkung? Tentu saja. Namun tak berhenti di situ. Siapkan bola tennis, lemparkan pelan-pelan tepat ke arah bola sepak di tengah-tengah bentangan selimut itu. Saat kedua bola itu saling berbenturan dan lantas berdempetan, kita akan melihat riak-riak di selimut, menjalar demikian rupa. Nah, mari anggap tempat tidur kita sebagai jagat raya dan selimut itu sebagai ruang-waktu. Maka riak-riak di selimut itulah gelombang gravitasi. Ya gelombang yang merambat dalam kurvatur ruang-waktu.

Meski aneh dan sulit dinalar pada awalnya, gagasan relativitas umum terbukti benar. Dan sedari awal astronomi sangat tertarik dengannya. Daya pikat gagasan Einstein pertama kali dipancarkan dari suksesnya relativitas umum dalam menjelaskan perilaku aneh orbit planet Merkurius. Sudah sejak 1840 TU astronomi menyadari Merkurius berperilaku sedikit aneh dalam menjalani orbitnya. Ia senantiasa bergeser dari orbit seharusnya (yang diperhitungkan berdasar hukum gravitasi Newton), meski nilainya kecil. Pergeseran tersebut terutama teramati pada perubahan lokasi titik terdekat orbit Merkurius ke Matahari (perihelion). Perihelion Merkurius senantiasa bergerak maju, fenomena yang dikenal sebagai presesi perihelion.

Presesi perihelion Merkurius pertama kali diungkap Arago, direktur observatorium Paris, dalam suratnya kepada Urbain Le Verrier, sosok yang pertama kali menyadari kemungkinan eksistensi planet Neptunus di atas kertas jauh sebelum planet tersebut benar-benar ditemukan. Jejak paling awal dari presesi perihelion Merkurius terungkap dari gagalnya perhitungan Le Verrier dalam memprakirakan transit Merkurius. Dalam perhitungannya, Le Verrier menyimpulkan transit Merkurius, yakni segarisnya posisi Matahari-Merkurius-Bumi dalam segala arah (konfigurasi syzygy), akan terjadi pada 1843 TU. Namun pada waktu yang telah diprakirakan tersebut observasi astronomi tak pernah berhasil menjumpai peristiwa transit yang dimaksud (perhitungan terkini menunjukkan transit Merkurius terjadi pada 8 Mei 1845 TU). Terinspirasi kisah sukses penemuan planet Neptunus, Le Verrier pun beranggapan ada sebuah planet-tak-dikenal, yang kedudukannya lebih dekat ke Matahari dibanding Merkurius. Planet tersebut cukup massif sehingga gravitasinya mampu menyebabkan presesi perihelion Merkurius. Le Verrier menyebut planet-tak-dikenal ini sebagai Vulcan. Pada saat yang bersamaan Le Verrier juga mengembangkan perhitungannya untuk menyingkap planet-tak-dikenal yang mengganggu orbit Uranus dan Neptunus, yang akhirnya mendunia sebagai kisah pencarian Planet X.

Le Verrier sempat dibikin bungah saat Edmond Lescarbault memublikasikan hasil observasinya tentang benda langit yang terlihat lewat di depan Matahari pada Desember 1859 TU. Le Verrier menganggap itulah Vulcan dan segera memperhitungkan elemen orbitnya. Namun observasi demi observasi yang dilakukan sejumlah astronom di masa berikutnya tak pernah berhasil menjumpai eksistensi Vulcan. Ambisi pencarian Vulcan sedikit meredup setelah wafatnya Le Verrier pada 1877 TU. Namun gagasan mengenai planet Vulcan baru benar-benar lenyap tatkala Einstein memublikasikan relativitas umumnya. Dengan pendekatan berbeda dibanding mekanika Newton, relativitas umum memperlihatkan bahwa presesi perihelion Merkurius adalah sebuah konsekuensi tak terhindarkan dari planet yang paling dekat ke Matahari itu. Karena paling dekat, sementara ruang-waktu disekeliling Matahari melengkung, maka Merkurius tak punya pilihan selain bergerak mengelilingi Matahari dalam lengkungan tersebut. Dengan konsekuensi terjadilah presesi perihelion.

Gambar 3. Ekspedisi Gerhana Matahari Total 1929 di Takengon (Indonesia), yang dipimpin oleh Erwin Freundlich (baju putih, tengah). Radas dalam foto ini adalah kamera horizontal yang digunakan untuk mengukur besarnya pembelokan berkas cahaya bintang akibat melengkungnya ruang-waktu di sekeliling Matahari. Sumber: Hentschel, 1992.

Gambar 3. Ekspedisi Gerhana Matahari Total 1929 di Takengon (Indonesia), yang dipimpin oleh Erwin Freundlich (baju putih, tengah). Radas dalam foto ini adalah kamera horizontal yang digunakan untuk mengukur besarnya pembelokan berkas cahaya bintang akibat melengkungnya ruang-waktu di sekeliling Matahari. Sumber: Hentschel, 1992.

Ketertarikan astronomi dengan relativitas umum menjadi lebih intim pasca Perang Dunia 1. Sebagai konsekuensi dari melengkungnya ruang-waktu disekeliling Matahari, maka berkas cahaya dari bintang-bintang jauh yang kebetulan lewat di dekat Matahari pun tak punya pilihan kecuali sedikit berbelok. Imbasnya, kita di Bumi akan melihat bintang-bintang tersebut mengalami pergeseran posisi nampak, seakan-akan menjauhi Matahari. Padahal sesungguhnya tidak. Fenomena ini berpeluang bisa dibuktikan dalam peristiwa Gerhana Matahari Total. Sebab dalam puncak totalitasnya, cakram Matahari yang benderang akan tertutupi sepenuhnya oleh cakram Bulan. Sehingga langit akan menggelap untuk sesaat, memungkinkan bintang-bintang redup di latar belakang Matahari terlihat. Dengan membandingkan posisi nampak bintang-bintang tersebut pada saat Gerhana Matahari Total dan tidak, maka dapat diketahui terjadinya pergeseran posisi nampak. Inilah yang dibuktikan Arthur Eddington dkk lewat ekspedisi Gerhana Matahari Total 29 Mei 1919 TU di Sobral (Brazil) dan Pulau Principe (Sao Tome dan Principe). Belakangan Erwin Freundlich juga membuktikan hal serupa dalam ekspedisi Gerhana Matahari Total 9 Mei 1929 yang berlangsung di Takengon, propinsi Aceh (Indonesia).

Di kemudian hari, astronomi pulalah yang membuktikan sejumlah prediksi menarik relativitas umum. Mulai dari dinamika jagat raya di awal mula hingga ke benda langit eksotik semacam lubang hitam. Sampai saat ini lubang hitam memang belum dapat diamati secara langsung. tetapi banyak gejalanya yang sudah terobservasi. Lantas bagaimana dengan gelombang gravitasi ?

Observatorium

Gambar 4. Observatorium LIGO di Livingston, Lousiana (Amerika Serikat) berdasarkan citra satelit. Nampak dua lorong panjang hampa udara yang saling tegaklurus. Sumber: Google Maps, 2016.

Gambar 4. Observatorium LIGO di Livingston, Lousiana (Amerika Serikat) berdasarkan citra satelit. Nampak dua lorong panjang hampa udara yang saling tegaklurus. Sumber: Google Maps, 2016.

Riak-riak yang menjalar melalui ruang-waktu sebagai gelombang gravitasi mampu mendistorsi ruang-waktu yang dilewatinya sendiri, meski untuk sesaat. Andaikan kita meletakkan sebuah kubus di sebuah tempat dan gelombang gravitasi melewatinya, maka kubus tersebut secara harfiah bakal berubah menjadi balok untuk sesaat. Tetapi perubahan itu takkan kasat mata. Sedari awal telah disadari upaya untuk mendeteksi gelombang gravitasi menjadi salah satu pekerjaan ilmiah yang luar biasa sulit. Betapa tidak, gelombang gravitasi memiliki amplitudo (tinggi gelombang) yang amat sangat luar biasa kecil. Bila dibandingkan dengan diameter atom Hidrogen, amplitudo gelombang gravitasi hanyalah sepermilyarnya saja. Bahkan dibandingkan dengan dimensi proton, amplitudo gelombang gravitasi masih sepuluh ribu kali lebih kecil. Jelas upaya untuk mendeteksinya tak semudah melihat riak-riak kecil gelombang laut di keluasan bentangan perairan samudera.

Untuk itulah LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) dibangun, sebagai sebuah observatorium astronomi yang unik karena tak bertumpu pada cahaya maupun emisi foton lainnya dari langit. LIGO bertulangpunggungkan pada prinsip interferometri. Secara sederhana, observatorium ini berbasiskan pada dua buah lorong hampa udara sepanjang 4 kilometer yang dibangun demikian rupa sehingga satu dengan yang lain tepat saling tegaklurus. Kombinasi kedua lorong membentuk konfigurasi yang sama persis dengan huruf L. Panjang salah satu lorong sengaja dibuat 1 meter lebih pendek dibanding lainnya. Ujung setiap lorong dilengkapi dengan cermin pemantul. Sementara di titik potong kedua lorong dipasang cermin-pembelah-semi-transparan, yang berfungsi untuk ‘membelah’ berkas cahaya yang melintasinya sehingga bisa diarahkan ke kedua lorong tersebut sekaligus. Di dekat cermin-pembelah ini, searah dengan salah satu lorong, dipasang sumber cahaya koheren (laser). Sebaliknya searah dengan lorong yang lain dipasang detektor, juga berdekatan dengan cermin-pembelah.

Gambar 5. Gambaran sederhana struktur observatorium LIGO yang terdiri dari lima bagian utama. Sumber cahaya koheren, cermin-pemisah-semi-transparan dan detektor terletak saling berdekatan (berada pada gedung yang sama). Sedangkan cermin pemantul lorong 1 terletak di ujung lorong 1 (panjang 4 kilometer). Demikian halnya cermin pemantul lorong 2, hanya saja lorong 2 sedikit lebih pendek. Sumber: Universe Today, 2016.

Gambar 5. Gambaran sederhana struktur observatorium LIGO yang terdiri dari lima bagian utama. Sumber cahaya koheren, cermin-pemisah-semi-transparan dan detektor terletak saling berdekatan (berada pada gedung yang sama). Sedangkan cermin pemantul lorong 1 terletak di ujung lorong 1 (panjang 4 kilometer). Demikian halnya cermin pemantul lorong 2, hanya saja lorong 2 sedikit lebih pendek. Sumber: Universe Today, 2016.

Cara kerjanya? Sumber cahaya koheren menembakkan berkas laser ke cermin-pembelah-semi-transparan. Sehingga berkas laser itupun terbelah menjadi dua. Satu berkas mengarah ke lorong yang lebih panjang sementara satunya lagi ke lorong lebih pendek. Di ujung setiap lorong, berkas laser ini dipantulkan kembali oleh cermin-pemantul sehingga kembali mengarah ke cermin-pemisah. Setibanya di cermin-pemisah, kedua berkas yang semula terpisah itu lantas menyatu kembali dan selanjutnya mengarah ke detektor. Seperti cahaya pada umumnya, berkas sinar laser juga memiliki sifat-sifat gelombang dan merupakan gelombang transversal. Dengan panjang kedua lorong yang sedikit berbeda, maka pada saat kedua berkas laser yang semula terpisah itu menyatu kembali di cermin-pemisah dan bersama-sama menuju detektor, terjadilah interferensi. Selisih panjang kedua lorong tersebut adalah demikian rupa sehingga dalam kondisi normal menyatunya kedua berkas laser pasca melewati cermin-pemisah menghasilkan interferensi destruktif. Dalam interferensi ini, puncak gelombang berkas laser pertama akan tepat bertemu dengan lembah gelombang berkas laser kedua dan demikian sebaliknya. Sehingga praktis tak ada cahaya yang tiba di detektor. Sebaliknya tatkala Bumi terpapar oleh gelombang gravitasi, maka salah satu lorong akan terdampak. Imbasnya terjadi perubahan panjang lorong tersebut dalam skala yang amat sangat kecil, meski untuk sesaat. Perubahan ini akan merubah pola interferensinya menjadi interferensi konstruktif. Dimana puncak gelombang berkas laser pertama akan bersua dengan puncak gelombang berkas laser kedua, demikian pula lembah gelombangnya. Sebagai akibatnya terdapat cahaya yang bisa terdeteksi di detektor.

LIGO dalam kondisi normal

  1. Aliran cahayaLIGO_gb6_cara-kerja_statik_01
  2. Diagram waktu kedatangan butir-butir cahaya di detektor (Perhatikan selang-seling posisi butir-butir cahaya merah dan biru yang teratur dan saling mengisi !)Perhatikan selang-seling posisi butir-butir cahaya merah dan biru yang teratur dan saling mengisi !

LIGO dalam kondisi saat gelombang gravitasi menerpa

  1. Aliran cahaya LIGO_gb6_cara-kerja_dinamik_02
  2. Diagram waktu kedatangan butir-butir cahaya di detektor (Perhatikan selang-seling posisi butir-butir cahaya merah dan biru yang tidak teratur !)

    Perhatikan selang-seling posisi butir-butir cahaya merah dan biru yang tidak teratur ! Gambar 6. Gambaran sederhana bagaimana Observatorium LIGO bekerja, dengan menganggap bahwa cahaya adalah butir-butir partikel tanpa sifat gelombang. Sumber cahaya koheren terletak di sebelah kiri sementara detektor di sebelah bawah. Setelah melewati cermin-pemisah-semi-transparan, berkas cahaya terpisah menjadi dua masing-masing berwarna hijau dan merah. Perhatikan perbedaan diagram waktu kedatangan butir-butir cahaya antara kondisi normal dan kondisi saat gelombang gravitasi menerpa. Sumber: Universe Today, 2016.

    Gambar 6. Gambaran sederhana bagaimana Observatorium LIGO bekerja, dengan menganggap bahwa cahaya adalah butir-butir partikel tanpa sifat gelombang. Sumber cahaya koheren terletak di sebelah kiri sementara detektor di sebelah bawah. Setelah melewati cermin-pemisah-semi-transparan, berkas cahaya terpisah menjadi dua masing-masing berwarna hijau dan merah. Perhatikan perbedaan diagram waktu kedatangan butir-butir cahaya antara kondisi normal dan kondisi saat gelombang gravitasi menerpa. Sumber: Universe Today, 2016.

 

Dalam kenyataannya, operasi LIGO jauh lebih rumit dibanding gambaran di atas. Setelah dibelah oleh cermin-pembelah, berkas laser yang mengarah ke setiap lorong LIGO sejatinya menempuh lintasan yang lebih jauh karena dipantulkan bola-balik antara cermin-pemantul dan cermin-pembelah hingga 75 juta kali sebelum memasuki detektor. Pemantulan berulang-ulang ini meningkatkan sensitivitas LIGO. Namun di sisi lain juga membuat LIGO lebih rentan mengalami gangguan dari getaran-getaran halus yang terjadi di paras Bumi. Baik akibat aktivitas alamiah (misalnya gempabumi) hingga ulah manusia (misalnya lalu lintas kendaraan bermotor).

Untuk itulah Dewan Pendanaan Ilmu Pengetahuan Amerika Serikat (National Science Foundation atau NSF) memutuskan membiayai pembangunan dua observatorium LIGO sekaligus. Masing-masing Observatorium LIGO Livingston yang berlokasi di Livingston (negara bagian Lousiana) yang bertempat di pesisir timur Amerika dan Observatorium LIGO Hanford yang mengambil lokasi di Hanford (negara bagian Washington) di pesisir barat. Kedua observatorium tersebut berselisih jarak tepat 3.002 kilometer. Setiap observatorium LIGO ditempatkan di pedalaman yang jauh dari aktivitas manusia keseharian secara umum. Dengan dua observatorium identik yang saling terpisah, maka gangguan dari paras Bumi dapat dideteksi dan dieliminasi. Dengan kata lain, riset tentang deteksi gelombang gravitasi hanya akan terfokus pada sebuah kejadian yang dideteksi oleh kedua observatorium LIGO tersebut secara bersamaan. Konsekuensi dari pembangunan dan operasi dua observatorium LIGO ini membuat NSF harus merogoh kocek dalam-dalam, hingga mencapai US $ 620 juta. Ini menjadikannya proyek ilmiah terbesar dan termahal yang pernah dibiayai NSF.

Pola interferensi destruktif, terjadi saat LIGO beroperasi dalam kondisi normal (sebagai pengembangan dari Gambar 6, dimana sifat gelombang transversal cahaya kini diperhitungkan). Perhatikan gelombang cahaya hijau dan merah tepat saling melenyapkan sehingga akumulasinya tidak ada gelombang cahaya (garis biru)LIGO_gb7_interferensi_destruktif-01

Pola interferensi konstruktif, terjadi saat LIGO beroperasi dalam kondisi saat gelombang gravitasi menerpa (sebagai pengembangan dari Gambar 6, dimana sifat gelombang transversal cahaya kini diperhitungkan). Perhatikan gelombang cahaya hijau dan merah saling menguatkan sehingga akumulasinya membentuk pola gelombang cahaya biru yang baru

Gambar 7. Gambaran sederhana tentang pola interferensi yang bisa diindra detektor observatorium LIGO. Dalam hal ini berkas cahaya dianggap sebagai butir-butir partikel yang memiliki sifat gelombang. Bila diagram waktu kedatangan di Gambar 6 dikembangkan lebih lanjut dengan menyertakan pola-pola gelombang transversal, maka akan dijumpai pola interferensi destruktif (kondisi normal) dan pola interferensi konstruktif (kondisi saat gelombang gravitasi menerpa). Sumber: Universe Today, 2016.

Gambar 7. Gambaran sederhana tentang pola interferensi yang bisa diindra detektor observatorium LIGO. Dalam hal ini berkas cahaya dianggap sebagai butir-butir partikel yang memiliki sifat gelombang. Bila diagram waktu kedatangan di Gambar 6 dikembangkan lebih lanjut dengan menyertakan pola-pola gelombang transversal, maka akan dijumpai pola interferensi destruktif (kondisi normal) dan pola interferensi konstruktif (kondisi saat gelombang gravitasi menerpa). Sumber: Universe Today, 2016.

Penemuan

Untungnya, ongkos mahal itu terbayar dengan penemuan spektakuler. Pada 14 September 2015 TU pukul 16:50:45 WIB kedua observatorium LIGO tersebut mendeteksi sebuah kejadian tak biasa. Kala itu selama 0,2 detik Bumi terpapar oleh gelombang gravitasi. Meski sangat singkat, namun dua observatorium LIGO berhasil mendeteksinya pada frekuensi 150 MHz. Analisis yang cukup hati-hati memperlihatkan gelombang gravitasi ini dibangkitkan dari dua buah lubang hitam yang bertubrukan dan menyatu. Sebelum menyatu, keduanya bergerak saling mengedari dalam sebuah tarian kosmik yang luar biasa. Terdeteksinya frekuensi orbital 75 MHz (separuh frekuensi gelombang gravitasi) menunjukkan kedua lubang hitam tersebut berselisih jarak hanya 350 km saat tarian dimulai (dan gelombang gravitasi terpancar). Tarian ini berlangsung pada kecepatan yang sangat tinggi, awalnya pada kecepatan hampir 90.000 km/detik (30 % kecepatan cahaya) dan dalam 0,2 detik kemudian meningkat pesat menjadi dua kali lipatnya. Menyatunya kedua lubang hitam tersebut menjadi satu lubang hitam massif diiringi dengan hilangnya massa sebesar 3 kali Matahari. Massa ini sesungguhnya tak hilang, namun berubah menjadi energi yang diangkut oleh gelombang gravitasi. Energi tersebut amat sangat luar biasa besar. Pada puncaknya, yakni dalam 20 milidetik pasca penyatuan, gelombang gravitasi itu mengangkut daya 3.6 . 1049 watt. Daya tersebut 50 kali lipat lebih besar ketimbang daya yang dibangkitkan lewat cahaya tampak dari seluruh galaksi yang telah teramati di jagat raya kita !

Gambar 8. Hasil observasi gelombang gravitasi lewat observatorium LIGO di Hanford dan Livingstone. Nampak kurva dari data yang terekam nyaris sama persis dengan hasil perhitungan (simulasi). Inilah bukti langsung pertama bahwa gelombang gravitasi memang ada. Sumber: Abbott dkk, 2016.

Gambar 8. Hasil observasi gelombang gravitasi lewat observatorium LIGO di Hanford dan Livingstone. Nampak kurva dari data yang terekam nyaris sama persis dengan hasil perhitungan (simulasi). Inilah bukti langsung pertama bahwa gelombang gravitasi memang ada. Sumber: Abbott dkk, 2016.

Deteksi dari dua observatorium LIGO ini juga memungkinkan kita untuk melacak lokasi tubrukan dua lubang hitam tersebut. Dengan teknik triangulasi, diketahui tubrukan terjadi pada lokasi yang searah dengan arahpandang kita ke galaksi Awan Magellan Besar di belahan langit selatan. Meski dengan hanya dua observatorium LIGO yang aktif saat itu dan melacak peristiwa ini, dimana tepatnya posisi kedua lubang hitam yang saling bertubrukan dan menyatu itu berada tidak dapat diketahui dengan pasti. Analisis hanya memperlihatkan bahwa kedua lubang hitam yang bertubrukan itu ada di dalam kawasan seluas 140 derajat persegi (pada tingkat keyakinan 50 %) atau seluas 590 derajat persegi (pada tingkat keyakinan 90 %) di belahan langit selatan. Perbandingan dengan hasil pengamatan observatorium unik lainnya, misalnya observatorium yang berbasis emisi gelombang elektromagnetik (mencakup teleskop sinar gamma, sinar-X, ultraviolet dan cahaya tampak) serta observatorium berbasis pancaran partikel subatomik (neutrino), menunjukkan energi yang dilepaskan dari tubrukan dua lubang hitam tersebut sepenuhnya diangkut oleh gelombang gravitasi. Tidak oleh gelombang elektromagnetik maupun partikel subatomik.

Apa pengaruh dari terdeteksinya gelombang gravitasi bagi umat manusia?

Implikasinya sangat luas. Sukses deteksi tersebut sekali lagi menunjukkan relativitas umum (yang digagas Einstein) terbukti benar. Demikian halnya aplikasinya dalam kehidupan keseharian manusia modern, misalnya dalam navigasi berbasis satelit. Tanpa memasukkan efek relativitas umum, maka koordinat posisi yang disajikan oleh satelit navigasi manapun (baik sistem GPS Amerika Serikat, Glonass Russia maupun Galileo Eropa) akan meleset sejauh beberapa kilometer dari aslinya. Terbuktinya gelombang gravitasi juga memberikan jendela observasi baru dalam astronomi. Selama ini astronomi bertulangpunggungkan pada observasi yang berbasis gelombang elektromagnetik (gelombang radio, gelombang mikro, cahaya tampak, sinar ultraviolet, sinar inframerah, sinar-X dan sinar gamma) serta partikel subatomik (sinar kosmik, angin Matahari/angin bintang, neutrino). Kini entitas baru ditambahkan ke dalamnya, yakni gelombang gravitasi. Terdeteksinya gelombang gravitasi saat ini juga menunjukkan (sekali lagi) bahwa lubang hitam, benda langit eksotik yang diramalkan relativitas umum, memang terbukti ada. Umat manusia memang takkan sanggup melihatnya melalui cahaya yang dipancarkannya, karena dari sinilah nama lubang hitam itu berakar. Namun dengan gravitasinya, lubang hitam sanggup memperlihatkan diri. Selama ini kita mencoba memahami eksistensi lubang hitam berdasarkan tarikan gravitasinya terhadap benda-benda langit disekitarnya hingga menghasilkan pola yang khas. Namun eksistensi gelombang gravitasi membuka jendela baru dalam memahami lubang hitam.

Gambar 9. Areal lokasi tempat dua lubang hitam yang bertubrukan dalam tempo 1,3 milyar tahun silam di langit selatan dan meghasilkan gelombang gravitasi yang terdeteksi pada 2015 TU silam. Karena hanya terdeteksi oleh dua observatorium gelombang gravitasi yang aktif saat itu, maka dimana persisnya lokasi tubrukan tidak dapat ditentukan secara lebih teliti. Nampak posisi dua bintang terang: Canopus dan Sirius. Sumber: Space.com, 2016.

Gambar 9. Areal lokasi tempat dua lubang hitam yang bertubrukan dalam tempo 1,3 milyar tahun silam di langit selatan dan meghasilkan gelombang gravitasi yang terdeteksi pada 2015 TU silam. Karena hanya terdeteksi oleh dua observatorium gelombang gravitasi yang aktif saat itu, maka dimana persisnya lokasi tubrukan tidak dapat ditentukan secara lebih teliti. Nampak posisi dua bintang terang: Canopus dan Sirius. Sumber: Space.com, 2016.

Di atas semua implikasi ilmiah tersebut, ada implikasi praktis dalam ranah antropis. Beruntung dua lubang hitam yang bertubrukan itu terletak sangat jauh dari kita, dalam jarak 1,3 milyar tahun cahaya. Andaikata sangat dekat, bencana tak terperi bakal menerpa Bumi kita dan bahkan segenap penjuru tata surya. Andaikata tubrukan tersebut terjadi di tempat yang cukup dekat, katakanlah hanya berjarak 100 tahun cahaya dari Bumi kita, riak-riak di ruang-waktu hasil tubrukan itu akan demikian mendistorsi ruang-waktu tempat Bumi kita berada akibat amplitudo gelombang gravitasinya masih sangat besar.

Referensi :

Abbott dkk. 2016. Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger. Phys. Rev. Lett. 116: 061102.

Possel. 2016. Gravitational Wave Detector: How They Work. Universe Today, 10 Februari 2016.

O’Neill. 2016. Where Did Those Gravitational Waves Come From? There’s a Map. Space.com, 12 Februari 2016.

Hentschel. 1992. Erwin Finlay Freundlich and Testing Einstein’s Theory of Relativity. Archive for History of Exact Sciences June 1994, Volume 47, Issue 2, pp 143-201.

Morison. 2008.Introduction to Astronomy and Cosmology. John Wiley & Sons, West Sussex, United Kingdom

Melongok Berjajarnya Mars dan Spica

Pada Senin 14 Juli 2014 lalu dua buah benda langit yang cukup terang memiliki posisi saling berdekatan demikian rupa sehingga nampak berjajar di langit setelah Matahari terbenam, laksana permata menghiasi malam. Kedua benda langit itu cukup populer. Yang pertama adalah Mars, si planet merah, planet tetangga terdekat kedua bagi Bumi kita sekaligus planet terfavorit dalam aktivitas eksplorasi antariksa yang diselenggarakan umat manusia. Pada saat ini Mars memang kering kerontang, berdebu dan berangin. Namun dari guratan-guratan berskala besar yang teramati dipermukaannya dan ditunjang oleh hasil endusan dan pengeboran robot-robot penjelajah yang beroperasi di sana, baik yang masih aktif maupun tidak, kita mengetahui bahwa air dalam bentuk cair dan dalam jumlah yang sangat besar pernah mengalir dan menggenangi lembah dan lansekap planet merah ini pada era tertentu di masa silam. Kehadiran air dalam bentuk cair tentu menggamit salah satu pertanyaan terpenting bagi peradaban manusia modern: adakah kehidupan di sana? Mengingat air dalam wujud cair adalah substansi yang sangat krusial dalam menopang tumbuh-kembangnya kehidupan di Bumi kita.

Benda langit yang kedua adalah Spica, bintang terang yang menjadi ratunya gugusan bintang Virgo. Spica segalanya melebihi apa yang menjadi identitas Matahari kita. Ia 10 kali lipat lebih besar, hampir 1.000 kali lipat lebih berisi (bervolume), tiga kali lipat lebih panas (permukaannya) dan melepaskan energi dalam jumlah hampir 15.000 kali lipat lebih besar ketimbang Matahari. Mujur bagi kita, Spica yang dahsyat ini berjarak 463 tahun cahaya dari Bumi kita. Setahun cahaya adalah jarak yang ditempuh berkas cahaya dalam waktu setahun penuh, yang setara dengan 9,46 trilyun kilometer. Dengan begitu Spica yang dahsyat ini berposisi amat sangat jauh dari Bumi kita, yakni berjarak hingga 4.380 trilyun kilometer, sehingga hanya nampak sebagai titik cahaya dengan magnitudo (tingkat terang) semu sekitar +1.

Gambar 1. Bintang Spica (kiri) dan planet Mars (kanan) pada saat berkonjungsi 14 Juli 2014 lalu, diabadikan dengan Nikon D60 + 70 mm tanpa penjejakan (tracking). Panduan arah, kanan = utara, bawah = barat. Sumber: Sudibyo, 2014.

Gambar 1. Bintang Spica (kiri) dan planet Mars (kanan) pada saat berkonjungsi 14 Juli 2014 lalu, diabadikan dengan Nikon D60 + 70 mm tanpa penjejakan (tracking). Panduan arah, kanan = utara, bawah = barat. Sumber: Sudibyo, 2014.

Astronomi menyebut momen saat dua buah benda langit berjajar sebagai konjungsi. Konjungsi benda langit tertentu memiliki makna signifikan dalam ranah kultural maupun religius yang jauh melampaui batas-batas astronomi, misalnya konjungsi Bulan-Matahari dalam momen penentuan awal bulan kalender Hijriyyah bagi Umat Islam. Namun konjungsi Mars dan Spica tidaklah demikian. Tak ada makna kultural yang menyertainya. Tetapi berjajarnya dua benda langit yang hampir sama terangnya menghiasi langit terlihat di dekat puncak kubah langit selepas terbenamnya sang mentari menjadikannya mudah diidentifikasi dan dinikmati oleh manusia siapapun. Tentu saja pada saat langit cerah.

Gambar 2. Planet Mars, diabadikan dengan Nikon D60 + 70 mm tanpa penjejakan (tracking) pada 14 Juli 2014 dan citranya lantas diperbesar 400 %. Nampak warna kemerah-merahan yang mendominasi. Panduan arah, kanan = utara, bawah = barat. Sumber: Sudibyo, 2014.

Gambar 2. Planet Mars, diabadikan dengan Nikon D60 + 70 mm tanpa penjejakan (tracking) pada 14 Juli 2014 dan citranya lantas diperbesar 400 %. Nampak warna kemerah-merahan yang mendominasi. Panduan arah, kanan = utara, bawah = barat. Sumber: Sudibyo, 2014.

Konjungsi Mars dan Spica sejatinya telah terjadi pada 14 Juli 2014 pukul 09:00 WIB, saat keduanya menempati garis bujur ekliptika yang sama dalam tata koordinat langit. Namun dengan gerak semu Mars yang relatif lambat, maka pada malam harinya pun kedua benda langit tersebut masih terkesan berjejer berdekatan, hanya dipisahkan oleh jarak sudut (elongasi) sebesar 1,3 derajat. Ini menjadikannya ideal untuk diamati menggunakan teleskop kecil. Yakni teleskop-teleskop yang memiliki medan pandang relatif lebar. Kesempatan makin terbuka saat langit malam pulau Jawa pada 14 Juli 2014 cukup cerah meski sebagian besar kawasan Indonesia sedang tersaput mendung seiring gangguan atmosferik akibat berkecamuknya topan Ramassun (Glenda)yang sedang berpilin menghimpun kekuatan di Samudera Pasifik lepas pantai utara Kepulauan Maluku.

Gambar 3. Bintang Spica, diabadikan dengan Nikon D60 + 70 mm tanpa penjejakan (tracking) pada 14 Juli 2014. Berbeda dengan Mars, bintang ini didominasi warna kebiru-biruan, menandakan suhu permukaannya cukup tinggi melampaui suhu permukaan Matahari. Panduan arah, kanan = utara, bawah = barat. Sumber: Sudibyo, 2014.

Gambar 3. Bintang Spica, diabadikan dengan Nikon D60 + 70 mm tanpa penjejakan (tracking) pada 14 Juli 2014. Berbeda dengan Mars, bintang ini didominasi warna kebiru-biruan, menandakan suhu permukaannya cukup tinggi melampaui suhu permukaan Matahari. Panduan arah, kanan = utara, bawah = barat. Sumber: Sudibyo, 2014.

Menggunakan teleskop refraktor dengan lensa obyektif berdiameter 70 mm yang dirangkaikan dengan kamera, konjungsi Mars dan Spica pun berhasil diabadikan dengan teknik fokus prima. Keduanya nampak gemilang, hampir sama terang, namun tetap membawa ciri khasnya masing-masing. Mars terlihat kemerah-merahan sementara sebaliknya Spica nampak cemerlang kebiruan.

Gambar 4. Tutupan awan di atas Asia Tenggara pada 14 Juli 2014 malam seiring berkecamuknya topan Ramasun. Nampak seluruh pulau Jawa, kecuali area Surabaya dan madura, terbebas dari tutupan awan. Maka konjungsi Mars dan Spica pun dapat teramati di sini. Sumber: JMA, 2014.

Gambar 4. Tutupan awan di atas Asia Tenggara pada 14 Juli 2014 malam seiring berkecamuknya topan Ramasun. Nampak seluruh pulau Jawa, kecuali area Surabaya dan madura, terbebas dari tutupan awan. Maka konjungsi Mars dan Spica pun dapat teramati di sini. Sumber: JMA, 2014.

Mars masih akan terkesan berdekatan dengan Spica hingga setidaknya 20 Juli 2014 mendatang. Meskipun sejatinya semenjak konjungsi 14 Juli 2014 lalu, planet merah ini mulai beringsut menjauhi Spica. Ia akan terus menjauh hingga kelak bakal mengalami konjungsi selanjutnya dengan benda langit lain pada 25 Agustus 2014, yakni bersama si raksasa bercincin: Saturnus.

Mi’raj, Multijagat dan Semesta (Sebesar) Ketupat

Rajab sekitar 1437 tahun silam, setahun sebelum peristiwa Hijrah. Di tengah rasa duka yang meraja setelah istri tercinta dan sang pamanda dipanggil ke hadirat-Nya, Muhammad SAW mengalami perjalanan suci tiada tara dalam mengarungi semesta yang tak seorang pun pernah mengulanginya, baik di masa kini apalagi di masa silam. Usai menunaikan shalat isya’ di kediaman Ummi Hani’ binti Abi Thalib RA, keponakannya, Allah SWT memperkenankan seorang Muhammad SAW menjalani perjalanan suci. Di malam itulah beliau ber-isra dari kotasuci Makkah menuju Masjid al-Aqsha yang menjadi episentrum kawasan al-Haram asy-Syarif di Yerusalem. Isra tersebut menempuh ribuan kilometer, namun direngkuh dalam waktu singkat. Dan dari al-Aqsha, beliau bermi’raj ke kawasan antah berantah di tengah-tengah keluasan langit yang disebut Sidratil Muntaha.

Gambar 1. Tapak kediaman Ummi Hani binti Abi Thalib RA, kini berada di sisi pintu (Bab) Abdul Aziz di kompleks Masjidil Haram, kotasuci Makkah al-Mukarramah. Dari sinilah perjalanan suci dalam peristiwa isra dan mi'raj bermula. Sumber: R. Chohan, dalam IslamicLandmarks, 2014.

Gambar 1. Tapak kediaman Ummi Hani binti Abi Thalib RA, kini berada di sisi pintu (Bab) Abdul Aziz di kompleks Masjidil Haram, kotasuci Makkah al-Mukarramah. Dari sinilah perjalanan suci dalam peristiwa isra dan mi’raj bermula. Sumber: R. Chohan, dalam IslamicLandmarks, 2014.

Selain bersua dengan Allah SWT dan menerima perintah ibadah shalat wajib lima waktu, Muhammad SAW juga berkesempatan menjelajahi keluasan langit, menyaksikan panorama menakjubkan di surga dan sebaliknya juga berkesempatan melongok pemandangan mengerikan dalam neraka. Dalam kata-kata seorang Allama Muhammad Iqbal, cendekia Muslim legendaris di awal abad ke-20 sekaligus salah satu bapak bangsa Pakistan,”seandainya aku yang mengalami perjalanan suci semacam ini, niscaya aku takkan kembali ke Bumi.

Namun Muhammad SAW kembali ke Bumi. Di pundaknyalah tugas kenabian dan kerasulan terakhir ditunaikan hingga usai. Di pundaknya pulalah sebuah peradaban yang berbeda siap dibentuk, yakni peradaban yang berharkat, bermartabat, bermoral dan menjunjung tinggi nilai keadilan dan kesetaraan. Beliau kembali lagi ke kotasuci Makkah, ke kediaman Ummi Hani’, tepat sebelum fajar menyingsing. Keesokan paginya kotasuci Makkah dibikin gempar oleh beredarnya kisah menakjubkan tersebut. Ceritera yang tak masuk akal bagi ukuran ruang dan waktu peradaban mereka. Dalam kegemparan inilah sosok sahabat yang lahir dan besar di sudut kotasuci Makkah yang berbeda tampil membela dan memberikan jaminan atas kebenaran perjalanan suci Muhammad SAW. Mulai saat itulah sang sahabat dikenal dengan nama barunya, yakni Abu Bakar Ashshiddiq RA.

Gambar 2. Masjid Kubah Batu (Sakhrah), yang menaungi tempat tersuci di kompleks Masjid al-Aqsha dalam akwasan al-Haram asy-Syarief, Yerusalem. Di sinilah mi'raj bermula. Sumber: R. Chohan, dalam IslamicLandmarks, 2014.

Gambar 2. Masjid Kubah Batu (Sakhrah), yang menaungi tempat tersuci di kompleks Masjid al-Aqsha dalam kawasan al-Haram asy-Syarief, Yerusalem. Di sinilah mi’raj bermula. Sumber: R. Chohan, dalam IslamicLandmarks, 2014.

Perjalanan suci Muhammad SAW berpuncak di Sidratil Muntaha, sebuah kawasan yang dalam pengetahuan populer berada di ‘langit ketujuh.’ Di manakah itu? Seperempat abad silam, kala penulis masih menempub bangku sekolah dasar dan kebetulan berkesempatan mewakili sekolah untuk mengikuti lomba cerdas cermat Agama Islam se-kecamatan, buku pendidikan Agama Islam saat itu menekankan Sidratil Muntaha berada di (orbit) planet Pluto. Argumennya sederhana, ‘langit ketujuh’ ditafsirkan secara harfiah sebagai ‘langit tingkat/lapis ketujuh dari Bumi.’ Selanjutnya angkasa yang merentang di antara orbit Bumi dan Mars dianggap sebagai langit (tingkat) pertama, sementara antariksa di antara orbit Mars dan Jupiter diasumsikan sebagai langit (tingkat) kedua dan demikian seterusnya. Sehingga dengan argumen tersebut, langit (tingkat) ketujuh dimulai dari orbit Pluto.

Di masa kini, kita mungkin akan tersenyum simpul kala membaca pendapat tersebut. Sebuah pendapat yang mewakili era di mana (sebagian besar) kita memahami tata surya sebagai bagian besar dari jagat raya yang kecil. Perkembangan ilmu pengetahuan terkini telah menggeser pandangan demikian secara dramatis. Kini tata surya kita dipahami hanyalah bagian kecil (bahkan sangat kecil) di tengah-tengah jagat raya yang besar. Untuk ukuran pengetahuan terkini, jarak Bumi-Pluto itu terlalu dekat bila dibandingkan terhadap jarak ke bintang-gemintang di galaksi lain. Apalagi dibandingkan dengan galaksi tertua yang usianya 13,3 milyar tahun.

Sumur Tanpa Dasar

Hingga abad ke-20 pun umat manusia masih berkutat dengan pertanyaan mengenai asal-usul jagat raya. Pertanyaan yang sama sejatinya telah bergaung sejak beratus-ratus tahun silam. Namun kini pertanyaan tersebut memasuki babak yang sama sekali baru, yang menegaskan bagaimana jagat raya bermula sekaligus beberapa fenomena unik didalamnya yang sekilas tak masuk akal.

Sampai perempat pertama abad ke-20, jagat raya masih dipandang sebagai semesta yang stabil dan statis (tidak bergerak), yang tak pernah dilahirkan dan juga takkan mati di kelak kemudian hari. Pandangan tersebut tetap dominan meski pada 1915 seorang Albert Einstein menelurkan gagasan revolusionernya yang kini menjadi salah satu batubata dasar ilmu pengetahuan modern, yakni relativitas umum. Relativitas umum memberikan pengertian baru tentang ruang, waktu, massa, energi dan (gaya) gravitasi. Relativitas umum menyodorkan hal-hal yang aneh dan terasa tak masuk akal tentang semesta kita. Misalnya, tentang seberkas cahaya yang akan sedikit berbelok kala melintas di dekat Matahari kita. Atau tentang gerak aneh yang diderita Merkurius, planet terdekat ke Matahari dalam tata surya kita.

Gambar 3. Poster yang dibuat astronom Eddington dan rekan-rekannya (Inggris) menjelang Gerhana Matahari Total 29 Mei 1919. Terlihat berkas cahaya bintang menempuh lintasan yang melengkung kala lewat di dekat Matahari. Sehingga posisi bintang-bintang jauh tersebut seakan-akan bergeser dibanding posisi sesungguhnya. Eddington menjadi bagian dari tim astronom yang membuktikan bahwa melengkungnya lintasan cahaya tersebut memang benar-benar terjadi. Sumber: Morison, 2008.

Gambar 3. Poster yang dibuat astronom Eddington dan rekan-rekannya (Inggris) menjelang Gerhana Matahari Total 29 Mei 1919. Terlihat berkas cahaya bintang menempuh lintasan yang melengkung kala lewat di dekat Matahari. Sehingga posisi bintang-bintang jauh tersebut seakan-akan bergeser dibanding posisi sesungguhnya. Eddington menjadi bagian dari tim astronom yang membuktikan bahwa melengkungnya lintasan cahaya tersebut memang benar-benar terjadi. Sumber: Morison, 2008.

Namun observasi astronomi berketelitian tinggi memastikan Einstein memang benar. Kampanya observasi Gerhana Matahari Total 29 Mei 1919 membuktikan lintasan cahaya memang sedikit melengkung kala lewat di dekat Matahari. Massa Matahari yang demikian besar menghasilkan gravitasi yang tak kalah besarnya hingga membengkokkan ruang-waktu disekitarnya sedemikian rupa. Obyek apapun, bahkan seberkas cahaya sekalipun (yang adalah obyek dengan kecepatan tertinggi di jagat raya) tak punya pilihan lain kecuali menyusuri lengkungan tersebut kala melintas dekat Matahari. Inilah konsep revolusioner tentang gravitasi. Jika di masa sebelumnya kita memahami Bumi beredar mengelilingi Matahari akibat terjadinya kesetimbangan antara gaya gravitasi (yang menarik Bumi ke arah Matahari) dengan gaya sentrifugal (yang melontarkan Bumi menjauhi Matahari), maka menurut relativitas umum Bumi mengelilingi Matahari karena Matahari melengkungkan ruang-waktu disekelilingnya demikian rupa sehingga Bumi tak punya pilihan lain selain menyusuri lengkungan tersebut.

Ada dua implikasi serius relativitas umum yang semula diabaikan bahkan oleh seorang Einstein. Yang pertama, saat persamaan-persamaan relativitas umum yang memusingkan itu diterapkan dalam ranah kosmologi, terlihat jagat raya tidaklah statis namun sedang mengembang (meluas). Namun Einstein yang sejatinya terkenal intuitif dan visioner itu rupanya meyakini benar sifat jagat raya yang statis. Sehingga ia menganggap (dan menambahkan) adanya tetapan kosmologis (tetapan lambda) sebagai suatu sifat yang terjalin dalam ruang-waktu guna mengerem pengembangan tersebut, sehingga resultannya akan menghasilkan jagat raya statis seperti yang diyakininya. Sejarah akhirnya membuktikan bahwa hanya dalam beberapa tahun kemudian anggapan ini berantakan setelah Edwin Hubble, petinju yang lantas menjadi astrofisikawan, menyampaikan hasil kerja-kerasnya dalam mendaftar posisi dan jarak galaksi-galaksi selain Bima Sakti. Ternyata galaksi-galaksi tersebut sedang bergerak menjauh dan terus menjauh, tepat sesuai ramalan relativitas umum sebelum ide tetapan kosmologis muncul. Kelak saat mengunjungi Hubble di Observatorium Gunung Wilson, California (AS), Einstein mengakui bahwa tetapan kosmologis adalah “kesalahan terbesar yang pernah saya buat.

Gambar 4. Atas: ilustrasi bagaimana massa bintang yang cukup membesar membuat ruang-waktu disekelilingnya (digambarkan sebagai jalinan garis-garis mirip jaring-jaring) melengkung. Pada Matahari, derajat pelengkungannya tergolong kecil. Sebaliknya pada bintang neutron, yakni bintang eksotik dengan massa minimal 1,4 Matahari namun jari-jarinya hanya 10 km, derajat pelengkungan ruang waktunya sangat besar. Dan pada lubang hitam, derajat penegkungannya demikian besar sehingga membentuk asimtot ruang-waktu, atau sumur tanpa dasar. Bawah: Galaksi Centaurus A (12 juta tahun cahaya dari Bumi), diabadikan dalam spektrum sinar-X dan gelombang mikro. Galaksi berbentuk cakram ini terlihat menghasilkan semburan dari pusatnya, yang menyembur ke dua arah berbeda masing-masing kiri atas dan kanan bawah citra. Semburan dahsyat ini merupakan aksi lubang hitam raksasa yang ada di pusat galaksi. Sumber: NASA, 2014; ESA, 2014.

Gambar 4. Atas: ilustrasi bagaimana massa bintang yang cukup membesar membuat ruang-waktu disekelilingnya (digambarkan sebagai jalinan garis-garis mirip jaring-jaring) melengkung. Pada Matahari, derajat pelengkungannya tergolong kecil. Sebaliknya pada bintang neutron, yakni bintang eksotik dengan massa minimal 1,4 Matahari namun jari-jarinya hanya 10 km, derajat pelengkungan ruang waktunya sangat besar. Dan pada lubang hitam, derajat penegkungannya demikian besar sehingga membentuk asimtot ruang-waktu, atau sumur tanpa dasar. Bawah: Galaksi Centaurus A (12 juta tahun cahaya dari Bumi), diabadikan dalam spektrum sinar-X dan gelombang mikro. Galaksi berbentuk cakram ini terlihat menghasilkan semburan dari pusatnya, yang menyembur ke dua arah berbeda masing-masing kiri atas dan kanan bawah citra. Semburan dahsyat ini merupakan aksi lubang hitam raksasa yang ada di pusat galaksi. Sumber: NASA, 2014; ESA, 2014.

Jika saat ini jagat raya sedang mengembang, maka jelas di masa silam seluruh isi jagat raya pernah berkumpul di satu titik yang sama. Inilah saat kelahiran jagat raya, yang di kemudian hari ngetop dengan nama peristiwa dentuman besar alias Big Bang. Dentuman besar mendapatkan namanya karena pada saat itulah seluruh materi jagat raya, yang termampatkan sangat padat dalam satu titik, mendadak mengembang sangat cepat sekaligus mulai membentuk partikel-partikel elementer yang kemudian bergabung lagi antar sesamanya hingga membentuk proton, neutron dan elektron yang menjadi batubata dasar seluruh materi. Jejak dentuman besar terekam pertama kali pada 1963 sebagai guyuran gelombang radio pengganggu (noise) dalam spektrum gelombang mikro yang muncul terus-menerus dalam teleskop radio yang dioperasikan astronom Penzias dan Wilson, tak peduli kemanapun teleskop tersebut diarahkan. Inilah radiasi latar belakang kosmik (cosmic microwave background/CMB) yang juga adalah jejak cahaya tertua dalam jagat raya, karena terbentuk hanya dalam waktu sekitar 380.000 tahun pasca dentuman besar. Kini kita mengetahui, lewat eksplorasi lebih lanjut radiasi latar belakang kosmik, bahwa jagat raya kita ini terbentuk pada 13,8 milyar tahun silam dan kini telah mengembang demikian luas sehingga diameternya sebesar 94 milyar tahun cahaya (1 tahun cahaya = 63.240 satuan astronomi = 9,46 trilyun kilometer).

Implikasi serius kedua dari relativitas umum adalah pada munculnya benda langit eksotik. Berkas cahaya sedikit melengkung kala melintas di dekat Matahari, dengan magnitud lengkungan bergantung pada besarnya massa Matahari dan jarak perlintasannya terhadap pusat massa Matahari. Jika Matahari kita gantikan dengan bintang lain, maka dengan mudah akan terlihat bahwa semakin besar massanya maka semakin besar pula derajat pelengkungan lintasan cahayanya. Fenomena serupa juga akan dijumpai jika jarak perlintasannya semakin dekat. Kombinasi kedua hal tersebut menghasilkan situasi ekstrim, dimana saat bintang memiliki massa sangat besar dan sebaliknya berdimensi (diameter) jauh lebih kecil dibanding Matahari. Bintang semacam itu dimungkinkan terbentuk sebagai produk akhir evolusi kehidupan bintang massif seperti diperlihatkan oleh mekanika kuantum, batubata dasar yang lain dalam ilmu pengetahuan modern. Bintang eksotik semacam ini memiliki kerapatan (massa jenis) amat sangat besar sehingga gravitasinya tak hanya membengkokkan ruang-waktu disekitarnya secara dramatis, namun bahkan menjulurkannya demikian rupa menjadi ‘sumur tanpa dasar’ sebagai asimtot ruang-waktu. Cahaya bintang eksotik ini bakal memasuki sumur tanpa dasar tersebut dan takkan pernah keluar darinya, demikian pula berkas cahaya yang berasal dari luar dan kebetulan melintas didekatnya hingga ke jarak perlintasan tertentu yang disebut ufuk peristiwa (event horizon).

Kini kita mengenal bintang eksotik seperti itu sebagai lubang hitam (black hole). Dan keberadaannya melimpah dalam jagat raya kita, baik sebagai bagian dari bintang kembar ataupun sebagai penghuni inti galaksi. Secara teoritis setiap bintang dengan massa 3 kali lipat massa Matahari kita bakal menjadi lubang hitam di ujung kehidupannya. Seperti namanya, tak ada seberkas cahaya pun yang terpancar dari lubang hitam sehingga tak seorang pun yang bisa melihatnya. Lubang hitam dideteksi berdasarkan interaksi gravitasinya terhadap lingkungannya. Juga bagaimana ia menghisap materi disekelilingnya, untuk kemudian mencabik-cabiknya, melumatnya dan memencarkannya ke arah-arah tertentu dengan pola khas yang hanya dapat dilihat dalam spektrum sinar ultraungu maupun sinar-X. Teleskop VLT di Observatorium Paranal (Chile) memperlihatkan bagaimana sebuah bintang yang melintas hanya dalam jarak 122 satuan astronomi (3 kali lipat jarak Matahari ke Pluto) dari pusat galaksi Bima Sakti mengalami gangguan berat oleh gravitasi dahsyat. Dari gangguan tersebut diketahui bahwa di pusat Bima Sakti kita tersembunyi sebuah lubang hitam raksasa dengan massa antara 3,2 hingga 4 juta kali lipat Matahari kita. Massa sebesar itu termampatkan dalam ruang seukuran 1.500 hingga 1.880 kali lipat ukuran Bumi kita. Tak heran jika gravitasinya demikian besar sehingga keseluruhan penjuru Bima Sakti, termasuk tata surya kita, merasakannya dan dipaksa tunduk di bawah pengaruhnya.

Sebesar Ketupat

Lantas kemana sumur tanpa dasar di lubang hitam itu berujung?

Gambar 5. Ilustrasi bagaimana jagat raya kita berkembang dari dentuman besar hingga ke usia mudanya (4 milyar tahun pasca dentuman besar) lengkap dengan skala waktunya. Nampak bagaimana tahap inflasioner membuat dimensi jagat raya membengkak hebat dibanding semula. Pasca inflasioner, barulah proton terbentuk diikuti terbentuknya inti-inti atom deuterium, helium dan litium. Materi inilah yang kemudian menghasilkan bintang pertama dan lantas berlanjut pada terbentuknya galaksi pertama. Sumber: NASA, 2014; National Geographic, 2014.

Gambar 5. Ilustrasi bagaimana jagat raya kita berkembang dari dentuman besar hingga ke usia mudanya (4 milyar tahun pasca dentuman besar) lengkap dengan skala waktunya. Nampak bagaimana tahap inflasioner membuat dimensi jagat raya membengkak hebat dibanding semula. Pasca inflasioner, barulah proton terbentuk diikuti terbentuknya inti-inti atom deuterium, helium dan litium. Materi inilah yang kemudian menghasilkan bintang pertama dan lantas berlanjut pada terbentuknya galaksi pertama. Sumber: NASA, 2014; National Geographic, 2014.

Sebuah sejarah baru tercipta pada 17 Maret 2014 lalu, tatkala tim BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization 2) mengumumkan hasil risetnya yang telah berjalan 9 tahun. Pengumuman ini menguak salah satu penemuan terpenting bagi dunia ilmu pengetahuan abad ke-21, yang bisa disejajarkan bersama pentingnya penemuan boson Higgs. Saat itu tim BICEP2 di bawah pimpinan John Kovac, astrofisikawan dari Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics (AS), mengumumkan ditemukannya bukti langsung tak terbantahkan tentang gagasan inflasioner (penggelembungan sangat cepat) dalam dentuman besar.

Gagasan inflasioner muncul lebih dari 3 dasawarsa silam guna menjawab beberapa masalah yang menggayuti teori dentuman besar. Gagasan ini membuat kita lebih memahami mengapa jagat raya kita cenderung datar dan homogen (sama rata) dalam skala makroskopik. Dalam gagasan ini, saat bayi jagat raya masih berusia amat sangat muda, yakni hanya 0,000000000000000000000000000000000001 detik (atau 10 pangkat minus 36 detik) pasca dentuman besar, terjadi pengembangan/penggelembungan sangat cepat sehingga dimensi (diameter) bayi jagat raya melonjak dramatis berkali-kali lipat. Inflasioner berlangsung sangat singkat dan terhenti pada saat 0,00000000000000000000000000000001 detik (10 pangkat minus 32 detik) pasca dentuman besar. Namun dalam tempo yang amat sangat singkat itu dimensi jagat raya membengkak hebat hingga 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 kali lipat (10 pangkat 60 kali lipat) dari semula. Sehingga bila awalnya bayi jagat raya hanyalah sebuah titik yang jauh lebih kecil ketimbang proton, maka pasca inflasioner usai ukurannya telah menjadi sebesar ketupat.

Setelah inflasioner usai, sebagai reaksinya terlepaslah gelombang gravitasi yang kemudian mengisi bayi jagat raya (yang kini telah sebesar ketupat). Dan 380.000 tahun kemudian, tatkala atom-atom Hidrogen netral mulai sepenuhnya terbentuk tanpa terionisasi kembali, terbentuklah cahaya tertua yang lantas berinteraksi dengan gelombang gravitasi pasca inflasioner hingga terbentuk pola-pola tertentu didalamnya. Pola-pola itu tetap terbawa dalam cahaya tersebut meski jagat raya kemudian makin dewasa dan menua dengan mengembang kian luas sehingga panjang gelombang cahaya tertua tersebut terus membesar sampai akhirnya keluar dari spektrum cahaya tampak maupun inframerah dan kini berada di dalam spektrum gelombang mikro. Inilah radiasi latar belakang kosmik.

Seperti halnya gelombang elektromagnetik pada umumnya, radiasi latar belakang kosmik pun dapat terkutubkan (terpolarisasi). Fakta ini dijumpai semenjak 2002. Berbekal penemuan ini maka tim BICEP2 mulai mencoba menelaah sifat polarisasi radiasi latar belakang kosmik lebih lanjut dengan membangun fasilitas teleskop Antartika atau SPT (South Pole Telescope) yang bekerja pada panjang gelombang dalam orde milimeter/submilimeter. Penelitian ini sangat sulit. Sebab untuk mendeteksi polarisasi pada radiasi latar belakang kosmik, tim BICEP harus membangun instrumen dengan sensitivitas sangat tinggi sehingga fluktuasi kecil dalam radiasi latar belakang kosmik, yang berkorespondensi pada fluktuasi suhu hanya 0,1 mikroKelvin (0,1 mikroCelcius). Namun kerja keras semenjak 2005 akhirnya terbayar juga kala tim BICEP2 memastikan adanya polarisasi moda-B dalam radiasi latar belakang kosmik, jejak yang hanya bisa dihasilkan dari tahap inflasioner dalam dentuman besar.

Multijagat

Gambar 6. Ilustrasi beberapa jagat raya (masing-masing digambarkan sebagai gelembung) dalam konstelasi multijagat. Nampak jagat raya kita yang masih terus mengembang, sementara jagat raya lain ada yang juga terus mengembang, namun ada juga yang sedang mulai menyusut/mengecil kembali. Seluruh jagat raya ini lahir dari fluktuasi kuantum. Sumber: National Geographic, 2014.

Gambar 6. Ilustrasi beberapa jagat raya (masing-masing digambarkan sebagai gelembung) dalam konstelasi multijagat. Nampak jagat raya kita yang masih terus mengembang, sementara jagat raya lain ada yang juga terus mengembang, namun ada juga yang sedang mulai menyusut/mengecil kembali. Seluruh jagat raya ini lahir dari fluktuasi kuantum. Sumber: National Geographic, 2014.

Ditemukannya bukti langsung tahap inflasioner membawa kita pada implikasi lain yang lebih serius. Menurut mekanika kuantum, inflasioner merupakan imbas dari fluktuasi kuantum. Fluktuasi yang sama juga akan menghasilkan dentuman-dentuman besar yang lain hingga memunculkan ruang-ruang waktu yang lain pula. Dengan kata lain, proses yang membentuk jagat raya kita lewat dentuman besar dengan tahap inflasioner didalamnya pun dapat pula membentuk jagat-jagat raya yang lain. Dengan kata lain, jagat raya kita bukanlah satu-satunya jagat raya yang ada, namun tumbuh dan berkembang bersama dengan jagat-jagat raya yang lain dalam konstelasi multijagat! Tentu, ini masih sebatas anggapan.

Seberapa banyak jagat-jagat raya lainnya yang ada di luar jagat raya kita? Di atas kertas cukup banyak, meski mustahil untuk bisa membuktikan keberadaannya (pada saat ini). Sebab eksistensi multijagat itu hanya mengemuka dalam imajinasi kita. Namun jika jagat-jagat raya lain itu benar-benar ada, maka eksistensinya mungkin menjadi salah satu faktor krusial yang menopang jagat raya kita, khususnya bagaimana jagat raya kita seisinya memiliki parameter-parameter yang pas (fine-tuned) baik dalam skala makro maupun mikro sehingga dapat kita amati. Dengan kata lain, keberadaan multijagat mungkin menjadi jawaban bagaimana jagat raya kita ini demikian pas sehingga memungkinkan kita umat manusia untuk hidup didalamnya, meski hanya sebatas di pojokan kecil yang bernama planet Bumi. Salah satu perhitungan memperlihatkan bahwa agar jagat raya kita ini ada dan mampu menopang kehidupan umat manusia, dibutuhkan setidaknya 10 pangkat 400 jagat-jagat raya yang lain!

Jagat-jagat raya lain, jika ada, mungkin juga akan memberikan jawaban dimana sumur tanpa dasar lubang hitam bermuara. Di atas kertas, sumur tanpa dasar itu sejatinya terowongan tak kasat mata, yang menghubungkan satu titik dengan titik lainnya dalam jagat raya kita. Dapat pula sumur tanpa dasar itu merupakan terowongan yang menghubungkan satu titik dalam jagat raya kita dengan titik lain di jagat raya lain. Inilah konsep lubang cacing (wormhole). Meski sangat sulit dibuktikan secara ilmiah, konsep lubang cacing amat populer dalam kisah-kisah fiksi sebagai jalan pintas untuk sampai ke lokasi yang sejatinya sangat jauh dalam tempo sangat singkat. Normalnya perjalanan Jakarta-Surabaya harus ditempuh dalam waktu minimal sejam dengan menggunakan pesawat terbang. Namun bila perjalanan berlangsung dengan terowongan ruang-waktu dalam konsep lubang cacing, maka Jakarta-Surabaya dapat ditempuh hanya dalam beberapa menit (bahkan dalam beberapa detik saja !) dengan berjalan kaki, asal tahu caranya. Sebab ilmu pengetahuan telah memperingatkan bahwa lubang cacing ini, jika benar-benar ada, adalah sangat takstabil sehingga keburu lenyap dalam sekejap bahkan saat kita baru menjejakkan ujung jari kaki kita kedalamnya. Hanya jika kita mempunyai materi eksotik dengan massa negatif saja (sehingga memiliki energi negatif) maka lubang cacing dapat distabilkan dan dimungkinkan dilalui.

Gambar 7. Ilustrasi bagaimana melakukan perjalanan antar jagat raya dengan memanfaatkan terowongan ruang-waktu berupa lubang cacing yang telah terbuka dan stabil. Sumber: NASA, 2014.

Gambar 7. Ilustrasi bagaimana melakukan perjalanan antar jagat raya dengan memanfaatkan terowongan ruang-waktu berupa lubang cacing yang telah terbuka dan stabil. Sumber: NASA, 2014.

Cukup menarik untuk mencermati bagaimana pengembangan jagat raya, lubang hitam, sumur tanpa dasar, inflasioner, multijagat hingga lubang cacing membawa implikasi baru dalam memahami dan menafsirkan peristiwa mi’raj Rasulullah Muhammad SAW yang menakjubkan. Kata “tujuh” dalam bahasa Arab dapat memiliki arti jamak (banyak), sehingga “langit ketujuh” bisa diterjemahkan menjadi “langit (yang) banyak.” Jika kata-kata “langit” dianggap sebagai “jagat raya”, maka “langit ketujuh” dapat dianggap setara dengan kata-kata “jagat raya (yang) banyak” atau “jagat-jagat raya”. Dengan demikian mi’raj menuju Sidratil Muntaha di langit ketujuh dapat dianggap bisa dibahasakan ulang menjadi perjalanan luar biasa menuju Sidratil Muntaha yang terletak di jagat-jagat raya lain. Jalan pintas untuk perjalanan menakjubkan menembus ruang-waktu semacam ini bisa dengan melalui lubang cacing, dengan mulut terowongan pada saat itu menjulur hingga pelataran Masjid al-Aqsha. Agar perjalanan bisa dilakukan, maka lubang cacing perlu distabilkan oleh materi eksotik bermassa negatif (sehingga berenergi negatif). Materi tersebut mungkin tak pernah ada dalam jagat raya kita masa kini, namun mungkin berlimpah di jagat-jagat raya yang lain. Sehingga perjalanan menuju ke jagat-jagat raya lain tersebut hanya bisa berlangsung tatkala penghuninya berkehendak untuk itu. Dan begitu mi’raj usai, maka materi eksotik tersebut pun ditarik kembali sehingga lubang cacing pun tertutup dan menghilang sepenuhnya dari pelataran Masjid al-Aqsha.

Benarkah demikian? Wallahua’lam. Bagaimana dengan surga dan neraka, apakah mereka juga berada dalam salah satu dari jagat-jagat raya lain tersebut? Wallahua’lam. Yang jelas ilmu pengetahuan masakini baru saja membuktikan bahwa inflasioner memang benar, memang pernah terjadi di awal jagat raya kita. Dan faktor yang memicu inflasioner dapat saja menghasilkan jagat-jagat raya yang lain. Jagat raya yang mungkin sama dengan jagat raya kita dan dikendalikan oleh hukum-hukum alam yang sama pula. Namun dapat pula jagat raya yang berbeda dengan hukum-hukum alam yang sama sekali berbeda dengan jagat raya kita. Namun sekalipun berbeda, jagat-jagat raya lain tersebut tetap terhubung dengan jagat raya kita melalui terowongan ruang-waktu yang disebut lubang cacing. Barangkali hanya sosok agung yang dipilih sendiri oleh-Nya yang sanggup melintasi terowongan ini dan mengadakan perjalanan antar jagat raya kala hayat masih dikandung raga.

Referensi :

Slepian. 2014. BICEP2 results: Inflation and the Tensor Modes. Astrobites, 17 Maret 2014.

Chisari. 2013. Lensing B-modes in the Cosmic Microwave Background Polarization. Astrobites, 24 Juli 2013.

Morison. 2008. Introduction to Astronomy and Cosmology. West Sussex (UK) : John Wiley & Sons, cetakan pertama.

[Menyongsong Minggu Kiblat] Kiblat dan Kisah Para Sahabat

Mei selalu menjadi salah satu bulan kalender yang istimewa bagi ilmu falak. Sebab pada bulan inilah sebuah momen langka sudah menunggu, yakni kala Matahari memiliki kedudukan demikian rupa sehingga tepat berada di atas kiblat. Di tahun 2014 ini, salah satu momen tersebut bakal terjadi pada hari Rabu tanggal 28 Mei 2014 pukul 16:18 WIB. Sementara momen berikutnya bakal terjadi di pertengahan Juli mendatang. Ilmu falak menyebut momen istimewa ini sebagai peristiwa Istiwa’ Azzam. Jika ditransliterasikan ke dalam bahasa Indonesia, maka istilahnya adalah Transit Utama. Sementara hari terjadinya peristiwa tersebut, secara informal, dinamakan Hari Kiblat. Namun peristiwa Istiwa Utama sejatinya tak hanya terjadi di hari itu saja, melainkan juga terjadi sehari sebelum dan sesudahnya selama tiga hari berturut-turut pada jam yang sama (16:18 WIB), yakni pada hari Selasa 27 Mei 2014, Rabu 28 Mei 2014 dan Kamis 29 Mei 2014. Karena itu menurut penulis, istilah yang lebih tepat barangkali adalah Minggu Kiblat.

Gambar 1. Citra satelit Ka'bah dan Masjidil Haram masa kini beserta titik-titik fenomena langit yang berhadapan langsung dengan masing-masing dinding Ka'bah. Citra bersumber dari Google Maps classic mode satellite. Sumber: Sudibyo, 2014.

Gambar 1. Citra satelit Ka’bah dan Masjidil Haram masa kini beserta titik-titik fenomena langit yang berhadapan langsung dengan masing-masing dinding Ka’bah. Citra bersumber dari Google Maps classic mode satellite. Sumber: Sudibyo, 2014.

Dalam Minggu Kiblat, setiap benda apa saja yang didirikan/tergantung tepat tegaklurus permukaan air tenang di Bumi dan tersinari Matahari pada saat jam yang terkalibrasi menunjukkan pukul 16:18 WIB tersebut, maka bayang-bayangnya tepat akan berimpit dengan arah kiblat setempat. Sehingga momen ini banyak dinanti sebagai salah satu kesempatan untuk meluruskan kembali atau mengkalibrasi ulang arah kiblat di suatu tempat baik di bangunan ibadah (masjid/musala) maupun bangunan lainnya, dengan instrumen dan metode yang sederhana, namun memiliki tingkat ketelitian sangat tinggi. Pada umumnya hanya dibutuhkan tali kokoh dengan pemberat diujungnya yang digantung stabil dan jam jenis apapun yang telah dikalibrasi.

Kini peristiwa Minggu Kiblat telah menjadi pengetahuan umum. Namun tidak demikian halnya dengan 14 abad silam. Kala Rasulullah SAW telah wafat dan khalif Abu Bakar RA mencanangkan perluasan dakwah Islam ke segala penjuru yang berepisentrum di kotasuci Madinah, permasalahan baru menggayuti para sahabat yang turut berpartisipasi. Yakni bagaimana caranya menghadap ke kiblat di wilayah yang baru, yang berjarak sangat jauh dari kotasuci Makkah dan Madinah? Padahal menghadap ke kiblat menjadi bagian dari syarat sahnya shalat. Arah kiblat juga menjadi hal yang esensial pada saat berdo’a, berzikir dan memakamkan jenazah. Di sisi lain, Rasulullah SAW sendiri tidak menekankan bagaimana caranya. Lewat dua sabdanya beliau hanya menunjukkan arah kiblat bagi kotasuci Madinah dan arah kiblat bagi penduduk kota San’a (Yaman).

Jadi bagaimana caranya? Menggunakan kompas magnetik jelas tak mungkin, karena instrumen ini baru dikenal dalam peradaban Islam sejak tahun 1232 berdasarkan catatan dari Persia (kini Iran). Sementara implementasinya guna pengukuran arah kiblat baru terjadi hampir seabad kemudian, dipelopori oleh ibn Sim’un dari Mesir. Ilmu falak pada saat itu pun belum berkembang sehingga metode, prosedur dan tatacara pengukuran arah kiblat pun belum dibakukan. Apa yang harus dilakukan?

Kreatif

Gambar 2. Citra satelit Timur Tengah masa kini dalam proyeksi Mercator beserta lokasi Ka'bah (Makkah), Fusthat (Kairo), Baghdad dan Wasith. Citra bersumber dari Google Maps classic mode satellite. Sumber: Sudibyo, 2014.

Gambar 2. Citra satelit Timur Tengah masa kini dalam proyeksi Mercator beserta lokasi Ka’bah (Makkah), Fusthat (Kairo), Baghdad dan Wasith. Citra bersumber dari Google Maps classic mode satellite. Sumber: Sudibyo, 2014.

Cukup mengesankan, saat itu sebagian sahabat ber-ijtihad kreatif dengan mendasarkan diri pada apa yang ada di langit, yakni fenomena langit tertentu baik di saat siang maupun malam hari. Bangsa Arab termasuk suku Quraisy memang telah memiliki pengetahuan astronomi semenjak masa pra-Islam, meski sebatas pada kepentingan praktis. Dengan memahami konfigurasi benda-benda langit, suku Quraisy mampu memprakirakan kapan datangnya musim hujan. Di wilayah beriklim gurun, musim hujan berumur sangat pendek namun selalu dinanti karena membuat padang rumput bermunculan, meski hanya sebentar. Tumbuhnya rerumputan merupakan kabar bagus bagi para peternak, sehingga mereka akan mengiring hewan-hewan ternaknya ke sana.

Pengetahuan benda-benda langit khususnya rasi-rasi bintang juga sangat bermanfaat untuk memandu arah dalam perjalanan malam hari di kawasan padang pasir, seiring tiadanya tapak jalan yang jelas bagi lalu-lintas karavan. Padahal lintasan di sepanjang pesisir timur Laut Merah merupakan bagian dari jalur perdagangan global yang sibuk.

Dan seperti halnya peradaban lainnya, posisi benda-benda langit juga dimanfaatkan bangsa Arab untuk membangun sistem penanggalan (kalender). Walaupun kalender antara satu suku dengan suku lainnya dalam bangsa Arab adalah berbeda-beda. Misalnya, kalender suku Quraisy (Makkah) berbentuk lunisolar yang disebut sistem Naasi’. Kalender ini bertumpu peredaran Bulan dan Matahari sekaligus, sehingga setahun bisa terdiri dari 12 atau 13 bulan kalender, mirip dengan kalender bangsa Cina. Sementara kalender suku-suku Yastrib (Madinah) berbentuk kalender lunar, yang murni bertumpu pada peredaran Bulan saja dengan setahun terdiri dari 12 bulan kalender.

Dalam aras yang sama, sebagian sahabat khususnya yang pernah menghabiskan sebagian usianya di kotasuci Makkah juga mengetahui bahwa jika mereka berdiri di atas setiap dinding Ka’bah dan menatap kaki langit yang berhadapan dengannya, pada waktu-waktu tertentu terdapat benda-benda langit tertentu yang muncul secara teratur. Berhadapan dengan dinding tenggara Ka’bah terdapat titik terbitnya bintang Canopus, yang dalam bahasa Arab dikenal sebagai bintang Suhail. Bintang ini adalah bintang terterang kedua di langit malam setelah Sirius (Syi’raa). Sementara dinding timur laut berhadapan dengan titik terbitnya Matahari pada saat istimewa, yakni titik balik musim panas (summer soltice).

Sedangkan berhadapan dengan dinding barat laut ada dua fenomena sekaligus, yakni titik terbenamnya tiga bintang di lengan bajak rasi bintang Biduk/Ursa Mayor (bahasa Arab: ad-Dubb) dan titik terbenamnya Bulan sabit muda (hilaal) di saat/sekitar summer solstice. Tiga bintang Biduk itu adalah Alioth (bahasa Arab: al-Yat), Dubhe (bahasa Arab: ad-Dubb) dan Merak (bahasa Arab: al-Maraqq). Dan dinding barat daya bahkan berhadapan dengan tiga fenomena sekaligus, masing-masing titik terbenamnya Matahari saat titik balik musim dingin (winter solstice), titik terbenamnya hilaal di saat/sekitar winter solstice dan titik terbenamnya Bulan paling selatan.

Pengetahuan inilah yang kemudian diterapkan kala para sahabat berpartisipasi dalam penyiaran Islam keluar lingkungan kotasuci Makkah dan tanah Hijaz, yang pada akhirnya membentang di daerah yang sangat luas mulai dari Mesir di sebelah barat hingga Mesopotamia di timur dan dari Syria di utara hingga Yaman di selatan. Dinding-dinding masjid yang dibangun pada saat itu pun disesuaikan fenomena-fenomena langit tersebut.

Gambar 3. Diagram azimuth kiblat (Q), azimuth ke Masjidil Aqsha (J) dan arah-arah mataangin utama (N = North, E = East, S = South, W = West) untuk kota-kota Fusthat/Kairo, Wasith dan Baghdad. Tanda panah biru menunjukkan azimuth bangunan masjid raya di masing-masing kota. Sumber: Saifullah dkk, 2001.

Gambar 3. Diagram azimuth kiblat (Q), azimuth ke Masjidil Aqsha (J) dan arah-arah mataangin utama (N = North, E = East, S = South, W = West) untuk kota-kota Fusthat/Kairo, Wasith dan Baghdad. Tanda panah biru menunjukkan azimuth bangunan masjid raya di masing-masing kota. Sumber: Saifullah dkk, 2001.

Evaluasi masa kini menunjukkan, meski upaya pengukuran arah kiblat pada masa itu belum berjumpa dengan teknik dan metode pengukuran presisi, ijtihad kreatif parab sahabat ini relatif cukup baik untuk ukuran zamannya. Sehingga orientasi dari bangunan-bangunan masjid yang dibangun pada masa tersebut relatif tidak berbeda besar dibandingkan perhitungan arah kiblat di masa kini. Hal tersebut terlihat pada masjid-masjid raya yang didirikan pada masa itu Fustat (kini bagian dari Kairo, Mesir), Baghdad dan Kufah (keduanya di Irak).

Gambar 4. Tabel posisi kota-kota Baghdad, Cairo dan Wasith beserta azimuth kiblat dan azimuth bangunan masjid raya di masing-masing kota, yang rata-rata dibangun sebelum tahun 670. Azimuth Matahari terbit saat musim dingin (winter sunrise) dan terbenam juga saat musim dingin (winter sunset) pun disertakan. Kolom hijau menunjukkan selisih antara azimuth bangunan terhadap Matahari terbit/terbenam musim dingin, yang semuanya bernilai kecil menandakan bahwa fenomena terbit/terbenamnya Matahari dijadikan patokan untuk pengukuran arah kiblat masa itu. Sumber: Saifullah dkk, 2001.

Gambar 4. Tabel posisi kota-kota Baghdad, Cairo dan Wasith beserta azimuth kiblat dan azimuth bangunan masjid raya di masing-masing kota, yang rata-rata dibangun sebelum tahun 670. Azimuth Matahari terbit saat musim dingin (winter sunrise) dan terbenam juga saat musim dingin (winter sunset) pun disertakan. Kolom hijau menunjukkan selisih antara azimuth bangunan terhadap Matahari terbit/terbenam musim dingin, yang semuanya bernilai kecil menandakan bahwa fenomena terbit/terbenamnya Matahari dijadikan patokan untuk pengukuran arah kiblat masa itu. Sumber: Saifullah dkk, 2001.

Pemanfaatan benda-benda langit tertentu guna menentukan arah kiblat merupakan derivasi dari pengetahuan posisi benda-benda langit bagi kepentingan praktis peradaban manusia, yakni sebagai alat bantu penentuan arah mataangin dan musim. Telah diketahui bahwa rasi-rasi bintang tertentu juga berfungsi sebagai petunjuk arah. Misalnya rasi bintang Crux di langit selatan, di Indonesia lebih populer sebagai rasi Pari atau Gubug Penceng, merupakan penunjuk arah selatan. Bila kita menarik garis khayali antara bintang alpha Crucis (atas) dan gamma Crucis (bawah), maka perpanjangannya ke arah kaki langit akan tepat berimpit dengan titik selatan sejati. Demikian halnya rasi bintang Ursa Mayor di langit utara, di Indonesia lebih dikenal sebagai rasi Biduk. Rasi bintang ini dikenal sebagai penunjuk arah utara, dimana bila kita menarik garis lurus khayali antara bintang Merak (atas) dan Dubhe (bawah) hingga menembus kaki langit, maka tepat di situlah titik utara sejati berada.

Dalam hal arah kiblat, beberapa rasi bintang juga bisa digunakan sebagai patokan langsung. Misalnya rasi bintang Orion, yang di Indonesia dikenal sebagai Waluku. Fokuskan perhatian pada tiga bintang berdampingan di pinggang rasi ini, yakni Alnitak, Alnilam dan Mintaka, dan tunggu saat rasi Waluku menempati langit barat. Lantas tariklah garis khayali melintasi ketiga bintang itu dan terus menembus hingga ke kaki langit, maka di kaki langit itulah arah kiblatnya khususnya untuk Indonesia.

Namun kini pemanfaatan benda-benda langit untuk keperluan tersebut kian meluas, tak hanya sebatas pada posisi rasi-rasi bintang tertentu. Bintang-bintang terang tertentu, pun planet-planet terang tertentu dan bahkan Bulan dan Matahari pun kini dilibatkan guna pengukuran arah kiblat. Pengukuran dengan basis (bayang-bayang) Matahari kini menjadi pengukuran terpopuler karena beragam kelebihannya, seperti terlaksana di siang hari, bayang-bayang yang dibentuk sangat tajam (sepanjang langit mendukung tanpa tertutup mendung) dan relatif mudah.

Referensi :

1. Sudibyo. 2012. Ensiklopedia Fenomena Alam dalam al-Qur’an, Menguak Rahasia Ayat-Ayat Kauniyah. Surakarta: Tinta Medina, cetakan pertama.

2. Sudibyo. 2012. Sang Nabi pun Berputar, Arah Kiblat dan tata Cara Pengukurannya. Surakarta: Tinta Medina, cetakan pertama.

3. Sudibyo. 2013. Kembali ke Langit, Narasi Pengukuran Kiblat di Masa Kini. Makalah dalam Seminar Nasional Uji Kelayakan Istiwaain Sebagai Alat Bantu Menentukan Arah Kiblat yang Akurat, Fakultas Syari’ah IAIN Walisongo, 5 Desember 2013.

4. Thaha. 1983. Astronomi dalam Islam. Jakarta: Bina Ilmu.

5. Saifullah dkk. The Qiblah of Early Mosques : Jerusalem or Makkah? Islamic Awareness, diunduh 22 Desember 2001.

Ledakan Bintang dalam Peringatan Kemerdekaan Indonesia

Hanya berselang dua hari menjelang peringatan kemerdekaan Indonesia yang ke-68, sebuah kilatan cahaya yang dihasilkan sebuah peristiwa ledakan bintang (nova) muncul di langit malam. Dan hanya berselang dua hari kemudian, kilatan cahaya tersebut telah demikian terang sehingga mudah dideteksi dan diabadikan umat manusia khususnya dengan perlengkapan fotografis memadai. Pada tingkat terang +4,3 di puncak kecemerlangannya, ledakan bintang ini menjadi salah satu dari 35 nova paling terang yang pernah terjadi sepanjang sejarah umat manusia sekaligus nova paling terang yang pernah kita saksikan dalam enam tahun terakhir. Bagi Indonesia, nova ini ibarat kembang api langit yang menerangi saat-saat peringatan kemerdekaan Indonesia.

Nova Delphini 2013 diabadikan penulis pada 16 Agustus 2013 dengan kamera. Delphinus, Vulpecula dan Sagitta merupakan nama-nama rasi bintang, sementara alfa dan gamma adalah nama-nama bintang dalam rasi yang terkait. Sumber: Sudibyo, 2013.

Nova Delphini 2013 diabadikan penulis pada 16 Agustus 2013 dengan kamera. Delphinus, Vulpecula dan Sagitta merupakan nama-nama rasi bintang, sementara alfa dan gamma adalah nama-nama bintang dalam rasi yang terkait. Sumber: Sudibyo, 2013.

Nova ini pertama kali dideteksi oleh Koichi Itagaki (Jepang) pada Kamis dinihari 15 Agustus 2013 (pukul 01:00 WIB) lalu. Saat itu ia menyaksikan ada sebintik cahaya tak biasa dengan tingkat terang +6,7 yang terekam lewat bidikan teleskopnya tatkala mengamati selempang galaksi Bima Sakti tepatnya di dalam rasi Delphinus, gugusan bintang yang berbentuk mirip lumba-lumba. Bintik cahaya tersebut tak ada dalam pengamatan lain di area yang sama pada sehari sebelumnya. Setelah mengeliminasi berbagai kemungkinan seperti komet/asteroid hingga satelit buatan, maka Itagaki menyimpulkan bintik cahaya tersebut mungkin adalah ledakan bintang (nova) dan lantas dikodekan sebagai PNV J20233073+2046041. Pengamatan-pengamatan dari berbagai penjuru memastikan kebenaran dugaan tersebut, baik berdasar analisis spektroskopi maupun perbandingan citra (foto) kawasan rasi Delphinus masa kini dengan citra pra-15 Agustus 2013. Sehingga nova tersebut pun dikodekan ulang sebagai Nova Delphini 2013, sesuai dengan tatanama yang berlaku sebelum General Catalog of Variable Stars memberinya nama resmi.

Bersamaan dengan pengesahannya sebagai nova, pengamatan demi pengamatan memastikan Nova Delphini 2013 kian bertambah terang saja dari ke hari. Jika semula hanya memiliki tingkat terang semu +6,7 berselang 24 jam kemudian tingkat terangnya telah meningkat jadi +5,5. Berselang sehari berikutnya Nova Delphini 2013 bahkan lebih cemerlang lagi karena tingkat terangnya telah mencapai +4,3. Dengan demikian nova ini telah melampaui ambang batas terendah kemampuan mata manusia untuk menyaksikan benda-benda langit, yakni tingkat terang +6. Sehingga ledakan bintang ini secara harfiah mulai bisa disaksikan dengan mata manusia di langit malam meski tak ditunjang alat-alat bantu optik seperti halnya teleskop maupun binokular. Namun butuh lingkungan yang cukup gelap atau pinggiran kota untuk dapat menikmatinya. Sejumlah aktivitas pengamatan pun digelar secara sporadis, termasuk dari Indonesia.

Nova Delphini 2013 (tanda panah), diabadikan oleh John Chumack pada 14 Agustus 2013 dengan mengunakan teleskop berdiameter 40 cm, hanya dalam beberapa jam setelah ditemukan. Sumber: Chumack, 2013.

Nova Delphini 2013 (tanda panah), diabadikan oleh John Chumack pada 14 Agustus 2013 dengan mengunakan teleskop berdiameter 40 cm, hanya dalam beberapa jam setelah ditemukan. Sumber: Chumack, 2013.

Nova

Apa sebenarnya nova? Ia adalah peristiwa pelepasan energi sangat besar dari sebuah bintang khususnya dari lapisan terluarnya. Akibatnya ada bagian dari lapisan terluar itu yang terlepas dan melejit menjauh dengan kecepatan tinggi sebagai representasi gelombang kejut (shockwave). Pelepasan energi tersebut berasal dari reaksi fusi termonuklir, persis seperti yang terjadi dalam teras bom hidrogen yang menjadi generasi kedua dari senjata nuklir. Sehingga jika cahaya nova diuraikan menjadi warna-warna warna cahaya visualnya lewat teknik spektroskopi, maka akan muncul garis-garis spektrum emisi Hidrogen yang lebih dikenal sebagai garis-garis Balmer.

Nova selalu terjadi pada sebuah bintang katai putih atau cebol putih (white dwarf). Bintang katai putih merupakan bintang eksotik yang menjadi muara dari tahap akhir kehidupan sebuah bintang biasa yang berbobot kurang lebih setara Matahari kita. Kita telah mengetahui sebuah bintang seperti pada umumnya dari reaksi fusi termonuklir dalam intinya, yang mengubah Hidrogen menjadi Helium dalam jumlah besar disertai pelepasan energi sangat besar dan radiasi foton gelombang elektromagnetik berenergi tinggi yang amat berlimpah. Pancaran foton gelombang elektromagnetik ke segala arah dari inti bintang menghasilkan apa yang disebut tekanan radiasi yang arahnya keluar, namun besarnya persis sama dengan tarikan gravitasi akibat massa bintang itu sendiri (yang mengarah ke intinya). Keseimbangan inilah yang mempertahankan eksistensi bintang tersebut. Maka kala kita merasakan hangatnya berkas sinar Matahari kita, di balik kehangatan itu tersembunyi perjuangan mati-matian sang surya dari detik ke detik dalam mempertahankan tekanan radiasinya guna menghindari kehancuran mematikan akibat tarikan gravitasinya sendiri.

Keseimbangan tersebut tak berlangsung selamanya seiring terbatasnya massa bintang, yang berarti juga terbatasnya jumlah Hidrogen yang siap ‘dibakar’ menjadi Helium. Kala Hidrogen kian menipis, Helium mulai ‘dibakar’ dalam reaksi fusi termonuklir untuk menjadi Oksigen dan Karbon sehingga tekanan radiasi yang diproduksinya pun membesar. Akibatnya dimensi bintang bakal mengembang berkali-kali lipat sebagai pertanda tahap raksasa merah (red giant). Lima milyar tahun ke depan Matahari kita bakal mengalaminya dan bakal mengembang hingga 150 kali lipat lebih besar dibanding sekarang. Maka pada saat itu Matahari bakal ‘menelan’ planet Merkurius dan Venus serta memanggang Bumi demikian rupa sehingga jauh lebih panas mendidih ketimbang hari ini.

Hasil observasi Nova Delphini 2013 dengan teleskop GAO-ITB RTS+DSS7 di Observatorium Bosscha pada 16 Agustus 2013, yang dilakukan oleh Rhisa Azalia, Gabriela K Haans, Saeful Ahyar dan Hakim L. Malasan. Nampak spektrum cahaya nova ini khususnya spektrum emisi Hidrogen dalam bentuk garis Hidrogen-alfa (merah) dan Hidrogen-beta (hijau). Sumber: Bosscha, 2013.

Hasil observasi Nova Delphini 2013 dengan teleskop GAO-ITB RTS+DSS7 di Observatorium Bosscha pada 16 Agustus 2013, yang dilakukan oleh Rhisa Azalia, Gabriela K Haans, Saeful Ahyar dan Hakim L. Malasan. Nampak spektrum cahaya nova ini khususnya spektrum emisi Hidrogen dalam bentuk garis Hidrogen-alfa (merah) dan Hidrogen-beta (hijau). Sumber: Bosscha, 2013.

Namun jumlah Helium pun terbatas. Sehingga begitu Helium habis, reaksi fusi termonuklir boleh dikata berhenti dan tak ada lagi tekanan radiasi sehingga tarikan gravitasi pun tak ada yang mengimbangi. Akibatnya bintang, khususnya intinya, bakal mengerut dan terus mengerut hingga mencapai satu titik dimana elektron-elektronnya, yang jarak pisah antar sesamanya kini jauh lebih kecil seiring pengerutan, mulai mengambil-alih. Dengan telah terisinya seluruh tingkat energi elektron dan berlakunya prinsip eksklusi Pauli, maka timbul tekanan yang menghentikan proses pengerutan lebih lanjut terutama bila massa inti bintang tak melampaui batas Chandrasekhar. Namun pada saat itu bintang telah demikian mengerut sehingga telah menjadi kerdil/katai. Inilah bintang katai putih yang dikenal memiliki kerapatan materi sangat tinggi. Sejumput materi bintang katai putih yang hanya seukuran kotak korek api bisa memiliki massa berton-ton! Kelak Matahari kita pun bakal mengalami nasib serupa, menjadi bintang katai putih dengan ukuran hanya sebesar Bumi saja.

Bagaimana sebuah nova bisa terbentuk, yakni saat bintang katai putih (white dwarf) dalam sistem bintang ganda mulai menyerap materi berupa gas Hidrogen dan Helium (stream of gas) dari bintang pasangannya, yang dalam skema ini berbentuk mirip Matahari (sunlike star). Aliran materi yang menuju bintang katai putih menumpuk di permukaannya dan lama-kelamaan kian memanas sehingga akhirnya menjadi nova. Sumber: astrobob.areavoices.com, 2013.

Bagaimana sebuah nova bisa terbentuk, yakni saat bintang katai putih (white dwarf) dalam sistem bintang ganda mulai menyerap materi berupa gas Hidrogen dan Helium (stream of gas) dari bintang pasangannya, yang dalam skema ini berbentuk mirip Matahari (sunlike star). Aliran materi yang menuju bintang katai putih menumpuk di permukaannya dan lama-kelamaan kian memanas sehingga akhirnya menjadi nova. Sumber: astrobob.areavoices.com, 2013.

Bintang katai putih membawa konsekuensi tersendiri terutama karena dominasi sistem bintang ganda dalam jagat raya kita. Saat sebuah bintang mengakhiri hidupnya dan berubah menjadi bintang katai putih sementara pasangannya masih tetap bertahan namun juga telah menua (sehingga mulai menjalani tahap raksasa merah), maka mulailah bintang katai putih menyedot materi pasangannya secara bertahap dan berkesinambungan. Maka permukaan bintang katai putih pun mulai menumpuk materi bintang pasangannya, yang didominasi Hidrogen dan Helium. Kian lama materi ini kian menebal dan oleh tarikan gravitasi yang sangat ekstrim lantas tertekan hebat sehingga bersuhu sangat tinggi, melampaui suhu bintang katai putih itu sendiri. Suatu saat, bilamana suhunya telah melampaui 20 juta derajat Kelvin (20 juta derajat Celcius), mulailah tumpukan Hidrogen dan Helium ini menjalani reaksi fusi termonuklir meski hanya sesaat (untuk ukuran bintang). Sebagai akibatnya terjadilah pelepasan energi sangat besar yang ditandai dengan peningkatan kecerlangan (peningkatan tingkat terang) secara mendadak. Inilah nova. Bila bintang katai putih rata-rata melepaskan energi hanya antara 0,001 hingga 0,001 energi Matahari, maka saat menjadi nova pengeluaran energinya membengkak hebat menjadi antara beberapa kali hingga ratusan ribu kali lipat Matahari.

Sebagian kita kadang keliru membedakan nova dengan supernova. Meski sama-sama pelepasan energi sangat besar dalam tempo singkat dari bintang, energi supernova jauh lebih besar ketimbang nova. Reaksi fusi termonuklir dalam supernova terjadi pada hampir segenap bagian bintang, sementara nova hanya di lapisan terluarnya saja. Dan sebagai produk akhirnya, supernova menghancurkan seluruh bagian bintang tanpa sisa ataupun membentuk bintang eksotik lainnya seperti bintang neutron maupun lubang hitam, sementara nova masih tetap menyisakan bintang katai putih-nya seperti sedia kala. Bila supernova hanya terjadi sekali saja bagi sebuah bintang, nova dapat terjadi berulang-ulang setiap beberapa tahun sekali bagi sebuah bintang katai putih sepanjang bintang pasangannya masih setia memasok materi. Dan akhirnya, bila supernova hanya dapat terjadi pada bintang yang berkali-kali lipat lebih massif ketimbang Matahari ataupun pada bintang katai putih yang menyerap materi bintang pasangannya dengan demikian rakus sehingga massanya membengkak melampaui batas Chandrasekhar, nova hanya bisa terjadi pada bintang katai putih yang massanya di bawah batas Chandrasekhar (yakni 1,4 kali lipat Massa Matahari)

Pengamatan

Pengamatan oleh observatorium dari berbagai penjuru, termasuk Observatorium Bosscha di Lembang (Jawa Barat) yang bertulangpunggung teleskop GAO-ITB, menunjukkan Nova Delphini 2013 memiliki spektrum Balmer nan kuat dalam wujud Hidrogen-alfa (warna merah) dan Hidrogen-beta (warna hijau). Selain dominasi unsur Hidrogen, cahaya yang dipancarkan Nova Delphini 2013 juga menunjukkan jejak-jejak unsur minor seperti Helium, Silikon, Magnesium, Natrium dan bahkan Besi. Namun pengamatan dengan menggunakan teleskop landas bumi (teleskop antariksa) Swift yang bekerja dalam spektrum sinar-X menunjukkan nova ini tidak melepaskan sinar-X. Dari jejak-jejak spektrum Hidrogen-nya diketahui gelombang kejut produk nova ini melejit dengan kecepatan cukup tinggi, yakni antara 2.000 hingga 2.300 km/detik atau antara 7,2 juta hingga 8,28 juta kilometer per jam!

Sejauh ini belum diketahui bintang katai putih mana yang mengalami ledakan hingga menjadi Nova Delphini 2013. Namun menyaksikan cepatnya nova ini bertambah kecemerlangannya (dari +6,7 menjadi +4,3 hanya dalam tempo dua hari) dan sebaliknya juga cepatnya nova ini meredup setelah mencapai puncak kecerlangannya (dari +4,3 pada 16 Agustus 2013 menjadi tinggal +5,7 pada 22 Agustus 2013) mengindikasikan bintang tersebut terletak pada jarak antara 11.400 hingga 17.900 tahun cahaya dari Bumi kita. Dengan demikian ledakan tersebut sejatinya telah terjadi pada 11.400 hingga 17.900 tahun silam. Hanya keajaiban ruang-waktu jagat raya semata, yang disebabkan oleh terbatasnya kecepatan cahaya, yang membuat kilatan peristiwa tersebut baru terdeteksi pada masakini.

Nova Delphinus 2013 diabadikan oleh Mutoha Arkanuddin pada 16 Agustus 2013 menggunakan teleskop di lingkungan kota Yogyakarta. Sumber; Arkanuddin, 2013.

Nova Delphinus 2013 diabadikan oleh Mutoha Arkanuddin pada 16 Agustus 2013 menggunakan teleskop di lingkungan kota Yogyakarta. Sumber; Arkanuddin, 2013.

Pada jarak tersebut, dengan tingkat terang +4,3 saat mencapai puncaknya yang menjadikan Nova Dephini 2013 sebagai nova paling terang dalam enam tahun terakhir dan salah satu dari 35 nova tercemerlang sepanjang sejarah astronomi modern, maka Nova Delphini 2013 melepaskan energi antara 200 ribu hingga 500 ribu kali lipat Matahari kita. Namun demikian tak ada yang perlu dikhawatirkan. Dengan jarak demikian jauh, energi luar biasa besar itu telah sangat meluruh sehingga tak berimbas apapun bagi Bumi kita.

Referensi : Sky & Telescope, 2013.