Alam semesta adalah seluruh materi, energi dan ruang tempat kedudukan materi dan energi.
Ukuran alam semesta
Ukuran alam semesta kita saat ini diperkirakan 13 miliar tahun cahaya
ke segala arah. Satu tahun cahaya adalah jarak yang ditempuh cahaya
dalam satu tahun, yaitu sekitar 9,46 triliun kilometer atau 63 ribu kali
jarak bumi ke matahari. Cahaya dipakai sebagai satuan ukur karena
cahaya adalah benda tercepat di alam semesta. Ukuran ini tidak tetap
karena alam semesta mengembang seiring waktu sehingga ukurannya terus
bertambah di masa datang.
Umur alam semesta
Umur alam semesta kita juga diperkirakan 13 miliar tahun. Hal ini
dikarenakan laju pengembangan bagian terjauh alam semsta hampir sama
dengan kecepatan cahaya itu sendiri.
Ruang gerak alam semesta
Ruang gerak di alam semesta adalah tiga dimensi, dimana semua objek
dapat bergerak dalam ruang yang tersaji secara matematis oleh tiga sumbu
saling tegak lurus, kiri-kanan, atas-bawah, depan-belakang.
Isi alam semesta
Pada dasarnya alam semesta terisi oleh materi dan energi. Materi
dalam alam semesta secara kasarnya terkumpul dalam hirarki berdasarkan
sistem. Struktur terbesar dalam alam semesta adalah superkluster
filamen.
Objek-objek dalam alam semesta
1. Superkluster filamen
Superkluster filamen adalah kumpulan dari puluhan hingga ratusan
kluster galaksi. Gravitasi bersama mereka mengikatnya menjadi filamen
dengan panjang 300 hingga 900 juta tahun cahaya, lebar 150 hingga 300
juta tahun cahaya dan tebal 15 hingga 30 juta tahun cahaya. Di antara
superkluster dengan superkluster lainnya terdapat ruang kosong raksasa
dengan sedikit (bila ada) galaksi.
2. Kluster galaksi
Kluster galaksi adalah kumpulan dari puluhan hingga ribuan galaksi,
semua terikat dalam gravitasi bersama. Kluster galaksi membentang dalam
ukuran jutaan tahun cahaya. Kluster galaksi kita dinamakan grup lokal. Terdiri dari 25 galaksi. Membentang 3 juta tahun cahaya dengan dua galaksi utama, andromeda dan bima sakti.
Dalam kasus MACSJ0025.4-1222, dua kluster galaksi perlahan bertabrakan
dalam ratusan juta tahun. Tabrakan ini mengakibatkan materi gelap dalam
kluster galaksi menjadi terpisah sebagian dengan materi normal.
MACSJ0025 memuat ratusan galaksi, membentang tiga juta tahun cahaya, dan
berada enam miliar tahun cahaya di rasi Cetus.
3. Galaksi.
Galaksi adalah sistem organisasi dari ribuan hingga ratusan ribu
tahun cahaya terdiri dari jutaan hingga triliunan bintang, saling
tercampur dengan gas dan debu, semua terikat dalam gravitasi bersama.
Ada sekitar 300 miliar galaksi di alam semesta. Ada empat jenis galaksi
berdasarkan bentuknya, spiral, elips, sferoid dan tak beraturan.
Sebagian besar galaksi elips memiliki kluster globular yang terang dan banyak.
Adalah umum kalau galaksi saling tabrak dan saling makan. Sebagai contoh
galaksi NGC 1316 berawal dari galaksi elips raksasa, sekitar 100 juta
tahun lalu, menelan galaksi spiral tetangga yang kecil, NGC 1317. bukti
ini ditunjukkan oleh karakteristik galaksi spiral berupa garis debu, dan
puntiran bintang dan gas yang redup.
Galaksi kita adalah bima sakti. Sebuah galaksi berbentuk spiral berisi
sekitar 200 miliar bintang, salah satunya adalah matahari kita. Bima sakti kita tidak sendiri. Ia adalah bagian dari 25 galaksi dalam kluster galaksi grup lokal.
Anggota lain termasuklah galaksi besar andromeda (M31), M32, M33, Awan
Magellan besar, Awan Magellan kecil, Dwingeloo 1, beberapa galaksi kecil
tak beraturan, dan banyak galaksi elips cebol dan galaksi sferoid
cebol. galaksi elips cebol M32 dan NGC 205 I adalah galaksi satelit dari
galaksi besar andromeda.
Awan magellan kecil adalah galaksi tak beraturan berjarak 210 ribu tahun
cahaya dari bumi. Ia memiliki banyak daerah pembentukan bintang yang
muda, salah satunya N66, yang berusia 3 hingga 5 juta tahun dan belum
membakar hidrogen di intinya. Bintang -bintang bayi ini berkerumun di
kluster bintang NGC 346.
Galaksi triangulum (M33) adalah galaksi ketiga terbesar dalam grup
lokal. Galaksi spiral ini berdiameter 50 ribu tahun cahaya. Jaraknya 3
juta tahun cahaya dari bima sakti. Didalamnya terdapat daerah NGC 604
yang merupakan daerah pembentukan bintang yang aktif.
Galaksi spiral M83 berjarak 12 juta tahun cahaya di rasi Hydra memiliki
lengan-lengan spiral besar yang dipenuhi garis-garis debu dan kluster
bintang biru sehingga disebut galaksi roda selatan. Daerah pembentukan
bintang merah yang tidak terselip di lengan spiral memberinya nama lain,
galaksi seribu rubi. Inti dari M83 adalah kumpulan kerumunan bintang
neutron dan lubang hitam.
4. Kluster bintang
Kluster bintang adalah kumpulan bintang yang membentuk tata bintang
tunggal terdiri dari puluhan hingga jutaan bintang. Matahari kita tidak
berada dalam kluster bintang.
Dalam radius sepuluh tahun cahaya, matahari hanya punya sedikit
tetangga. Hal ini karena matahari berada di dekat lengan spiral luar
galaksi bima sakti. Bila matahari kita ada dalam kluster bintang galaksi
kita, ribuan bintang dapat berada dalam radius tersebut.
5. Globula
Globula adalah tempat kelahiran bintang. Jenisnya dicirikan oleh bentuknya.
Globula kometer dicirikan oleh kepala debu dan ekor. Fitur ini
menyebabkan globula kometer memiliki bentuk visual mirip komet, namun
kenyataannya sangat jauh berbeda. Di kepala globula terdapat
bintang-bintang sangat muda. Globula kometer yang terkenal adalah CG4.
6. Nebula
Sama dengan globula. Hanya saja bentuk nebula lebih tidak beraturan
dan tidak sepekat globula. Nebula emisi biasanya berisi hidrogen energi
tinggi. beberapa kluster bintang dapat berada di dalam nebula. Contoh
nebula emisi adalah nebula hati dan jiwa (IC 1805) berjarak 6 ribu tahun
cahaya dan lebarnya 300 tahun cahaya di arah rasi Cassiopeia. Nebula
seperti ini merupakan daerah pembentukan bintang. Bintang yang lebih tua
memicu pembentukan bintang yang lebih muda. Pembentukan bintang terpicu
oleh aliran gas dingin penekan pada simpul yang cukup padat hingga
dapat secara gravitasi menjadi bintang. Pada nebula semacam ini biasanya
terdapat pilar-pilar spektakuler yang perlahan terbangun oleh gas panas
yang mengalir keluar.
Nebula planeter adalah nebula yang tampak seperti planet bila dilihat
secara visual. Terbentuk dari gas yang disemburkan oleh bintang mirip
matahari yang sekarat. Nebula planeter yang terkenal adala nebula heliks
(NGC 7293). Jaraknya 700 tahun cahaya dari bumi, di rasi Aquarius.
Nebula planeter lain yang terkenal adalah nebula cincin (M57) berjarak
2000 tahun cahaya di rasi lira. Cincin tengahnya selebar satu tahun
cahaya. Lapisan-lapisan gasnya merupakan lapisan luar bintang yang
terlontar dari bintang yang sekarat dan bertipe mirip matahari.
7. Bekas supernova
Supernova adalah ledakan bintang pada saat bintang itu kehabisan
bahan bakar nuklirnya. Hanya bintang dengan jangkauan massa tertentu
yang mengalami supernova. Tahun 1006 M, cahaya mencapai bumi dari
supernova di rasi Lupus, menciptakan “bintang dadakan” di langit yang
tampak lebih terang dari Venus dan berlangsung selama dua tahun.
Supernova itu, dinamakan SN 1006, terjadi 7 ribu tahun cahaya dan
menciptakan bekas yang terus mengembang dan memudar sekarang. SN 1006
memiliki diameter 60 tahun cahaya. Dalam tahun-tahun terakhir, supernova
yang lebih kuat lagi terjadi jauh di kedalaman alam semesta yang tampak
tanpa alat bantu, namun hanya dalam beberapa detik.
8. Tata bintang
Tata bintang adalah sistem organisasi sekitar satu tahun cahaya
terdiri dari satu bintang dan jutaan hingga triliunan benda langit
kecil, dari planet, komet, asteroid, meteoroid, satelit, debu, dan gas,
semua terikat dengan gravitasi bersama. Tata bintang kita disebut tata
surya terdiri dari satu bintang yaitu matahari, dan 8 planet, serta tak
terhitung benda lainnya. Ada tata bintang yang terdiri dari bintang
ganda, rangkap tiga, rangkap banyak bahkan ratusan hingga jutaan
bintang. Bila telah membentuk sistem lebih dari sepuluh, tata bintang
itu disebut kluster bintang. 85% bintang di galaksi bima sakti adalah
tata bintang ganda.
9. Bintang
Bintang adalah benda langit satuan yang memancarkan cahaya sendiri.
Matahari adalah salah satu bintang kuning biasa di alam semesta. Usianya
5 miliar tahun. Korona matahari berukuran 20 kali diameter matahari
sendiri dan dapat disaksikan pada saat gerhana matahari total. Matahari
dan bintang pada umumnya memiliki bintik yang merupakan daerah lebih
dingin dari sekitarnya. Mereka juga memiliki flare, sebuah juluran
materi bintang yang mirip rambut api.
10. Planet
Planet adalah benda langit yang mengelilingi sebuah bintang dalam
orbit tidak saling memotong dan hampir melingkar, serta tidak
menghasilkan cahaya sendiri. Tata surya diakui memiliki delapan planet.
Planet dibedakan dari bahan penyusunnya, yaitu planet batu dan planet
gas. Contoh planet batu adalah mars, bumi, venus dan merkurius. Contoh
planet gas adalah saturnus dan neptunus. Semua planet gas memiliki
cincin dan satelit.
Selain planet, di tata surya kita juga terdapat planet cebol. saat ini
(2008) ada 5 planet cebol di tata surya, yaitu Pluto, Ceres, Eris,
Makemake dan Haumea. Haumea berbentuk sangat lonjong dan permukaannya
halus. Orbit Haumea kadang lebih dekat ke matahari ketimbang Pluto,
namun lebih sering lebih jauh. Haumea sendiri adalah nama IAU dari
2003EL61, yang diambil dari nama Tuhan Hawaii. Haumea memiliki dua buah
satelit yang ditemukan tahun 2005, yang diberi nama Hi'iaka dan Namaka,
nama-nama putri sang tuhan.
Planet yang mengelilingi bintang lain disebut planet ekstrasolar. Ada
lebih dari 300 planet ekstrasolar yang telah ditemukan (2008). Beberapa
diantaranya mengelilingi bintang yang mirip dengan matahari. Sebagai
contoh adalah bintang berjarak 500 tahun cahaya di rasi Scorpius, ia
hanya sedikit lebih massif dan lebih dingin dari matahari. Namun ia jauh
lebih muda, hanya beberapa juta tahun. Planet yang terdeteksi
mengelilinginya berukuran 8 kali yupiter dan mengorbit 330 satuan
astronomi dari bintangnya. Planet ini masih panas dan terang dalam
cahaya infra merah karena panas yang dibangkitkan dalam pembentukannya
oleh kontraksi gravitasi.
Planet juga ditemukan dalam sistem bintang ganda. Sebagai contoh sistem
bitang ganda BD+20 307. sistem ini sangat berdebu dan membuat sistem ini
angat terang pada panjang gelombang infra merah. Sistem ini berusia
sama dengan matahari dan debu yang mengelilinginya berasal dari tabrakan
dua planet seukuran bumi dan venus. BD+20 307 berjarak 300 tahun cahaya
di arah rasi Aries.
11. Satelit
Satelit adalah benda yang sifatnya mirip planet namun mengelilingi
planet. Contoh satelit adalah bulan, anthe dan methone (keduanya satelit
saturnus). Tumbukan meteor pada permukaan satelit planet gas dapat
menghasilkan cincin atau busur yang mengelilingi planet.
12. Asteroid
Asteroid adalah batuan besar yang melayang di angkasa. Asteroid
merupakan bahan baku planet yang gagal menyatu sehingga tetap menjadi
batuan yang tercerai berai. Di tata surya, sumber asteroid utama adalah
sabuk asteroid di antara mars dan yupiter. Jumlahnya yang begitu banyak
membuat asteroid dinamakan dalam bentuk penomoran, seperti asteroid 2867
Šteins, yang berpapasan dengan Rosetta bulan september 2008 dan 21
Lutetia yang akan dijumpainya bulan juli 2010.
13. Komet
Komet memiliki asal yang sama dengan asteroid. Hanya saja bahan
penyusunnya lebih ringan. Sehingga pada saat berada di dekat matahari,
bahan pembungkusnya akan menguap meninggalkan jalur seperti ekor
panjang. Nama komet dinamakan sesuai penemunya, sebagai contoh komet
Churyumov-Gerasimenko yang akan dikunjungi Rosetta bulan november 2014.
14. Meteoroid
Meteoroid adalah batuan-batuan kecil yang terlontar dari tumbukan
yang disebabkan objek lebih besar. Bila batuan ini memasuki atmosfer
bumi, ia akan terbakar dan kita menyebutnya meteor. Bila batuan ini
cukup keras dan besar, ia dapat sampai ke tanah dan kita menyebutnya
meteorit. Ada jutaan meteorit yang jatuh di bumi setiap hari, namun
kebanyakan mereka terlalu kecil untuk disadari. Ataupun bila cukup
besar, mungkin jatuh di lautan, terkubur dalam pasir atau lumpur atau
tidak terbedakan dengan batuan biasa. Meteor yang datang dari bulan,
mars atau asteroid akan sangat membantu bila ditemukan karena akan
mengungkapkan tentang benda langit tersebut. Terdapat waktu tertentu
dimana terjadi hujan meteor. Di setiap bulan agustus ada hujan meteor
perseid, yang diakibatkan pelintasan komet Swift-Tuttle.
Pusat Galaksi ?
Apa yang ada di pusat galaksi? Dari sini melihat ek jarak 30 ribu tahun
cahaya disana cukup sulit. Debu2 yang saling tindih mengaburkan inti,
membuatnya tak terlihat pada teleskop optik. Rediasi dalam s[ektrum
infra merah dan radio kurang terganggu oleh debu dan berarti lebih mampu
dalam mengungkap fenomena di pusat galaksi.
Di antara benda2 aneh yang diyakini ada di tepat di pusat galaksi
adalah sumber kompak, dan sangat terang yang disebut Sagittarius A*.
Sebagian astronom berpendapat bahwa pada titik ini sumber mirip titik
menunjukkan sebuah lubang hitam dengan massa ekivalen dengan beberapa
juta matahari.
Sebuah lubang hitam di pusat galaksi?
Sebuah lubang hitam dengan massa sejuta matahari? Kedengarannya luar
biasa namun teoritikus menunjukkan bahwa formasi sebuah lubang hitam
massif sebenarnya normal pada evolusi galaksi. Walau demikian, tidak
semua astronom yakin bahwa sebuah lubang hitam massif ada di pusat bima
sakti.
Bukti tidak langsung mendukung keberadaan sebuah lubang hitam masif
diberikan oleh sumber radio Sagitarrius A* (sering disingkat Sgr A*).
Radiasinya konsisten dengan teori terbaru mengenai bentuk dan interaksi
lubang hitam dengan massa sekitarnya terbaru.
Teori terbaru meramalkan bahwa bahan jatuh menuju sebuah lubang hitam
akan membentuk cakram yang disebut cakram akresi. Saat energi
gravitasional diubah ke panas, gas dalam cakram akresi menjadi sangat
panas, memancarkan sinar x. Sebagai tambahan, elektron di dalam cakram
akan dipercepat mendekati laju cahaya, saat elektron laju tinggi ini
berinteraksi dengan medan magnet kuat di sekitar lubang hitam, mereka
memancarkan gelobang radio pada seluruh spektrum radio.
Teori ini menyarankan bahwa sumber radio Sgr A* dapat berasosiasi
dengan sebuah lubang hitam. Karena cakramnya akan sangat kompak (dan
karena inti galaksi sangat jauh), sebagian besar teleskop radio
mendeteksinya sebagai sumber titik.
Cara paling langsung untuk menentukan sebuah benda seperti Sgr A*
sesungguhnya adalah lubang hitam massif adalah mengamati efek gravitasi
pada gas dan bintang disekitarnya. Banyak isaha untuk mengukur klaju
bahan sekitarnya telah mendukung adanya sebuah benda massif tunggal;
walau demikian, itu bukan satu2nya penjelasan untuk data yang teramati.
Pengamatan infra merah telah menunjukkan sebuah kluster bintang padat
dalam beberapa tahun cahaya dari pusat galaksi. Karena cluster tampak
memuat jutaan bintang, keberadaannya, bukan lubang hitam, lah yang
bertanggungjawab atas efek gravitasi di bahan sekitarnya.
Apakah mungkin membedakan antara dua alternatif ini dan akhirnya
mengngkap apa yang ada di pusat galaksi? Untuk menjawab ini, astronom
harus mengukur kecepatan bintang2 pada jarak dari lubang hitam yang
dicurigai yang berada pada batas resolusi teleskop yang ada saat ini.
Untuk membuktikan bahwa sebuah lubang hitam berada di inti galaksi,
mereka harus menunjukkan bahwa massa beberapa juta matahari termuat
dalam volume terlalu kecil bagi sebuah kluster bintang. Pengamatan
demikian sedang dilakukan.
Mengumpulkan petunjuk dari banyak pita gelombang.
Satu pertanyaan penting yang berkaitan adalah apa yang mentenagai sumber
radio Sgr A*. Bila itu sebuah lubang hitam yang dikelilingi sebuah
cakram akresi, emisi radio akan terbedakan sejak lama, kecuali cakram
tersebut di isi ulang dengan materi baru. Namun dari mana materi itu
datang? Dan bagaimana ia dikirimkan ke pusat?
Pengamatan dalam pita gelombang milimeter dan sentimeter telah
mengungkapkan beragam petunjuk bagaimana mengisi ulang ini terjadi.
Sebagai contoh, beberapa benda saling interaksi telah diamati di daerah
Sgr A*. Salah satu bendi tersebut adalah awan molekuler raksasa atau
GMC.
Pengamatan terbaru pada gas hidrogen atomik menunjukkan bahwa
beberapa struktur filamennya adalah bagian dari awan masif yang jatuh
menuju pusat galaksi.
Peneliti telah emnunjukkan bahwa tumbukan antara awan dalam cincin
molekuler akan menyebabkan sebagian gas jatuh menuju pusat, memberi
makan Sgr A*. Pengamatan lebih lanjut dalam pita gelombang milimeter dan
lainnya akan mengungkap lebih banyak detil mengenai cincin dan
interaksinya dengan awan gas molekuler sekitar, begitu juga dengan benda
kompak misterius di inti galaksi.
Apakah alam semesta lain itu ada?
Astronom yakin big bang menghasilkan inti atomik dalam tiga menit
pertama usia alam semesta. Bila kita hanya memperhitungkan teori
relativitas umum, maka alam semesta muncul pada detik ke nol dari
ketiadaan. Tapi teori mekanika kuantum membaut apa yang kita ketahui
terbatas pada waktu Planck, 10^-34 detik setelah detik ke nol hipotesis
tersebut. Lepas dari itu alam semesta meledak dan terlihat tercabut dari
sesuatu yang kenyataannya tidak ada.
Kita hanya dapat mengetahui apa yang terjadi dalam alam semesta dari
detik ke nol hipotesis (bila ada) ke waktu Planck bila kita menemukan
teori segalanya. Saat ini belum ditemukan teori segalanya ini yang jelas
harus menyatukan dua teori fisika alam semesta yang ada saat ini,
mekanika kuantum dan relativitas umum.
Mekanika kuantum adalah seperangkat aturan matematis yang menyajikan
bagaimana alam semesta bekerja dalam skala terkecil, di dalam atom.
Mekanika kuantum mengatakan bahwa materi dan energi dapat muncul spontan
dari ruang hampa, dikarenakan fluktuasi kuantum, semacam sedakan dalam
medan energi untuk mengisi alam semesta. Dan bila alam semesta kita
muncul dAri sebuah fluktuasi kuantum, maka mungkin bahwa fluktuasi
kuantum lainnya dapat memercikkan alam semesta lain.
Keberadaan alam semesta-alam semesta lain ini adalah satu-satunya cara
untuk menjelaskan kenapa alam semesta kita, yang hukum fisikanya
memungkinkan kehidupan, ada. Menurut prinsip antropik, mungkin ada tak
terhingga jumlah alam semesta, masing-masing dengan perangkat hukum
fisikanya sendiri. Dan salah satunya alam semesta kita. Ini lebih
rasional dari pada sebuah alam semesta tunggal tertata rapi untuk
keberadaan kita.
Bila alam semesta lain ada, tidak ada jalan mendeteksinya. Sebagian
teoritikus berpendapat bahwa energi gravitasi dari alam semesta-alam
semesta lain dapat bocor ke alam semesta kita, dan suatu saat kita akan
mengerti cara bagaimana mendeteksinya.
Ahli Fisika dari Mesir bernama DR. Mansour Hassab El Naby
berhasil membuktikan berdasarkan petunjuk Al Qur’an (QS As Sajdah:5) kecepatan
cahaya dapat dihitung dengan tepat sama dengan hasil pengukuran secara ilmu
fisika modern (A New Astronomical Quranic Method for The
Determination of The Greatest Speed C, http://www.islamicity.org/Science/960703A.HTM ).
