Astronom Menemukan Awan Murni Gas Primordial dari Alam Semesta Awal

Pada spektrum awan gas tersebut, para peneliti hanya melihat hidrogen dan deuterium isotop beratnya.

---

Untuk pertama kalinya, para astronom telah menemukan awan murni gas primordial yang terbentuk pada beberapa menit pertama setelah Big Bang. Komposisi gasnya sesuai dengan prediksi teoritis, memberikan bukti langsung untuk mendukung penjelasan kosmologis modern tentang asal-usul elemen-elemen di alam semesta.
Hanya berupa elemen-elemen yang paling ringan, sebagian besar hidrogen dan helium, diciptakan dalam Big Bang. Kemudian beberapa ratus juta tahun berlalu sebelum gumpalan gas primordial ini terkondensasi untuk membentuk bintang-bintang pertama, di mana unsur-unsur beratnya ditempa. Hingga saat ini, para astronom selalu mendeteksi “logam” (istilah untuk semua elemen yang lebih berat daripada hidrogen dan helium) di manapun yang pernah mereka lihat di alam semesta.
“Sekeras apapun upaya yang sudah kami lakukan untuk menemukan bahan murni di alam semesta, kami selalu gagal sampai sekarang. Ini adalah pertama kalinya kami mengobservasi gas murni yang tidak terkontaminasi oleh unsur-unsur yang lebih berat dari bintang-bintang,” kata J. Xavier Prochaska, profesor astronomi dan astrofisika di Universitas California, Santa Cruz. Prochaska adalah rekan penulis makalah pada temuan yang dipublikasikan dalam Science, 10 November ini, bersama penulis pertama, Michele Fumagalli, pascasarjana UC Santa Cruz, serta rekan penulis John O’Meara dari Saint Michael, Vermont.
“Kurangnya logam menunjukkan pada kami bahwa gas ini memang murni,” kata Fumagalli. “Ini cukup menarik, karena ini adalah bukti pertama yang sepenuhnya sesuai dengan komposisi gas primordial yang diprediksi oleh teori Big Bang.”
Para peneliti menemukan dua awan gas murni dengan menganalisis cahaya dari quasar jauh, dengan menggunakan spektrometer HIRES yang terpasang pada Teleskop Keck I di Observatorium WM Keck, Hawaii. Dengan menyebarnya cahaya terang dari quasar ke dalam spektrum panjang gelombang yang berbeda-beda, para peneliti dapat melihat panjang gelombang yang diserap oleh materi di antara quasar dan teleskop.
“Kami bisa melihat garis penyerapan dalam spektrum di mana cahaya diserap oleh gas, dan memungkinkan kami untuk mengukur komposisi gasnya,” kata Fumagalli.
Setiap elemen memiliki sidik jari unik yang muncul sebagai garis-garis gelap dalam spektrum. Pada spektrum awan gas tersebut, para peneliti hanya melihat hidrogen dan deuterium isotop beratnya, kata Prochaska. “Kami tidak memiliki kepekaan terhadap helium, namun kami berharap melihatnya jika bisa,” katanya. “Kami memiliki sensitivitas yang sangat baik terhadap karbon, oksigen, serta silikon, dan elemen-elemen ini sama sekali tidak ada.”
Sebelum penemuan ini, pengukuran kelimpahan logam terendah di alam semesta mencapai sekitar seperseribu “metalitas” (proporsi massa unsur kimia selain hidrogen dan helium) dari matahari. “Orang menduga adanya ‘dasar’ pada metalitas, yang tidak bisa kurang dari seperseribu pengayaan surya. Itu dikarenakan logam yang diproduksi di galaksi sangat luas tersebar di alam semesta,” kata Fumagalli. “Jadi, ini sungguh tak terduga. Ini menantang gagasan-gagasan kita tentang bagaimana logam tersebar dari bintang-bintang yang menghasilkan mereka.”
Para peneliti memperkirakan metalitas untuk gas murni tersebut sekitar sepersepuluh ribu dari matahari. Pada hal yang ekstrem lainnya, bintang dan gas dengan metalitas tertinggi hampir mencapai sepuluh kali lebih dari matahari. “Banyaknya logam dalam kantong-kantong alam semesta yang berbeda ini mencakup kisaran yang luar biasa,” kata Prochaska. “Jadi temuan ini menempatkan kendala baru pada pemahaman kita tentang bagaimana logam didistribusikan di seluruh alam semesta.”
Teleskop melihat objek-objek yang jauh sebagaimana mereka mundur ke masa lalu, berdasarkan waktu yang dibutuhkan cahaya untuk perjalanan di seluruh alam semesta. Analisis spektrografis pada awan-awan gas murni itu menempatkan mereka ke masa sekitar 2 miliar tahun setelah Big Bang, atau hampir 12 miliar tahun yang lalu. Pada saat itu, model teoritis memprediksi bahwa galaksi bertumbuh dengan penarikan dalam aliran gas dingin yang besar, namun “arus dingin” ini belum pernah terlihat. Menurut Fumagalli, awan gas murni merupakan calon potensial untuk arus dingin yang sulit dipahami. Bagaimanapun juga, penelitian lebih lanjut diperlukan untuk melihat apakah awan gas yang baru ditemukan ini terkait dengan galaksi.