TEORI Big Bang merupakan salah satu teori paling penting dalam ilmu astronomi, yang menjelaskan tentang asal-usul dan evolusi alam semesta. Teori ini menggambarkan bagaimana alam semesta dimulai dari keadaan yang sangat panas dan padat, kemudian mengembang dan mendingin hingga menjadi seperti yang kita kenal sekarang.
Dalam tulisan ini, kita bahas secara rinci lima tahapan evolusi alam semesta menurut teori Big Bang, yaitu: era planck, era radiasi, rra materi, pembentukan atom pertama, dan pembentukan bintang dan galaksi.
Era Planck
Era Planck merupakan fase awal dari evolusi alam semesta, dinamai menurut nama fisikawan Jerman, Max Planck. Pada era ini, yang terjadi kurang dari satu detik setelah Big Bang, alam semesta berada dalam keadaan sangat panas dan padat. Suhu pada era ini diperkirakan mencapai lebih dari satu triliun derajat Celsius. Di tahap ini, hukum fisika klasik belum dapat digunakan untuk menjelaskan kondisi alam semesta, dan teori relativitas Einstein serta mekanika kuantum mulai memainkan peran penting.
Baca juga: Mengapa Kadar Oksigen Menipis Saat Berada di Puncak Gunung?
Dalam era Planck, alam semesta didominasi oleh energi padat yang tidak terstruktur. Partikel-partikel dasar seperti kuark dan lepton mulai terbentuk, tetapi belum terikat menjadi atom atau molekul. Konsep ruang dan waktu juga masih sangat abstrak dan tidak terdefinisi dengan jelas pada fase ini. Penelitian terkait era Planck banyak terinspirasi oleh karya-karya fisikawan seperti Stephen Hawking dalam bukunya "A Brief History of Time" (1988).
Era Radiasi
Setelah era Planck, alam semesta memasuki Era Radiasi. Era ini dimulai sekitar satu detik setelah Big Bang dan berlangsung hingga sekitar 380.000 tahun setelahnya. Selama era ini, alam semesta didominasi oleh energi radiasi, termasuk foton, neutrino, dan partikel lain yang bergerak dengan kecepatan mendekati cahaya. Suhu alam semesta secara perlahan menurun dari miliaran menjadi ribuan derajat Celsius.
Pada era ini, partikel-partikel seperti elektron dan proton mulai terbentuk, tetapi masih terlalu panas untuk bergabung membentuk atom. Alam semesta pada fase ini masih sangat padat dan panas, sehingga cahaya tidak dapat melewatinya dengan bebas. Ini menjelaskan mengapa kita tidak bisa "melihat" kembali lebih jauh dari era ini menggunakan teleskop.
Baca juga: Mengapa Tubuh Kita Menggigil Saat Kedinginan?
Penelitian tentang era radiasi banyak dijelaskan dalam karya seperti "The First Three Minutes" oleh Steven Weinberg (1977), yang menguraikan secara mendetail tentang kondisi alam semesta pada saat itu. Era Radiasi berakhir dengan terbentuknya atom-atom netral yang memungkinkan cahaya melewatinya, yang menandai awal dari Era Materi.
Era Materi
Setelah Era Radiasi, alam semesta memasuki tahap yang dikenal sebagai Era Materi. Era ini dimulai sekitar 380.000 tahun setelah Big Bang dan berlangsung hingga sekitar satu miliar tahun kemudian. Pada era ini, suhu alam semesta turun hingga cukup dingin untuk memungkinkan atom-atom netral terbentuk. Dengan penurunan suhu ini, materi mulai mendominasi alam semesta, mengambil alih peran penting dari energi radiasi.
Selama Era Materi, terjadi pembentukan struktur-struktur besar seperti galaksi dan gugus galaksi. Materi dalam alam semesta mulai berkumpul karena gravitasi, membentuk benang-benang kosmik yang menjadi struktur dasar alam semesta. Gas hidrogen dan helium yang terbentuk pada periode sebelumnya mulai berkumpul dan membentuk bintang-bintang pertama, proses yang sangat penting dalam pembentukan elemen-elemen berat.
Baca juga: Mengungkap Fakta Menarik Mengenai Mata Minus: Pandangan yang Memudar
Para astronom dan fisikawan, seperti Lisa Randall dalam bukunya "Dark Matter and the Dinosaurs" (2015), meneliti bagaimana materi gelap atau dark matter memainkan peran penting dalam proses pembentukan struktur ini. Dark matter, meskipun tidak dapat dideteksi langsung, diyakini memengaruhi gerakan galaksi dan struktur lainnya melalui gravitasi.
Pembentukan Atom Pertama
Pembentukan atom pertama adalah peristiwa kunci yang terjadi di awal Era Materi. Ketika alam semesta mendingin, elektron mulai terikat dengan nukleus hidrogen dan helium, menghasilkan atom-atom netral. Proses ini dikenal sebagai rekombinasi. Sebelum rekombinasi, alam semesta dipenuhi oleh plasma panas yang terdiri dari nukleus terpisah dan elektron bebas.
Ketika atom-atom ini terbentuk, alam semesta menjadi transparan terhadap radiasi untuk pertama kalinya. Cahaya yang dilepaskan pada saat itu masih dapat kita deteksi hari ini sebagai latar belakang radiasi mikrogelombang kosmik (Cosmic Microwave Background, CMB). Penemuan CMB oleh Arno Penzias dan Robert Wilson pada tahun 1965, sebagaimana dijelaskan dalam penelitian mereka, memberikan bukti kuat mendukung teori Big Bang.
Pembentukan atom pertama ini merupakan langkah penting dalam evolusi alam semesta karena membuka jalan bagi pembentukan bintang dan galaksi. Proses ini juga menandai peralihan dari alam semesta yang didominasi oleh energi menjadi alam semesta yang didominasi oleh materi. Informasi tentang era ini sangat penting untuk memahami komposisi dan struktur alam semesta saat ini.
Pembentukan Bintang dan Galaksi
Pembentukan bintang dan galaksi adalah tahapan krusial dalam evolusi alam semesta, terjadi setelah pembentukan atom pertama di Era Materi. Proses ini dimulai beberapa ratus juta tahun setelah Big Bang, menandai awal dari periode yang disebut sebagai 'zaman kegelapan' dalam kosmologi. Pada tahap ini, materi dalam alam semesta—terutama hidrogen dan helium—mulai berkumpul karena gravitasi untuk membentuk bintang dan galaksi.
Bintang-Bintang Pertama
Bintang-bintang pertama, sering disebut sebagai bintang Populasi III, terbentuk dari gas hidrogen dan helium murni. Mereka diyakini sangat besar dan panas, dengan umur yang relatif singkat dibandingkan bintang-bintang yang kita kenal saat ini.
Kematian bintang-bintang ini, melalui ledakan supernova, memainkan peran penting dalam menyebarkan elemen berat ke dalam alam semesta, yang menjadi bahan dasar untuk pembentukan bintang dan galaksi berikutnya. Riset tentang bintang-bintang awal ini, seperti yang dijelaskan oleh Volker Bromm dalam karyanya "Formation of the First Stars" (2004), memberikan wawasan penting tentang bagaimana bintang-bintang pertama memengaruhi lingkungan kosmik.
Galaksi-Galaksi Pertama
Galaksi-galaksi pertama terbentuk dari kumpulan gas dan debu kosmik, dengan bantuan gaya gravitasi. Struktur awal galaksi ini kemungkinan sederhana dan tidak teratur, jauh berbeda dari galaksi spiral atau elips yang lebih terorganisir yang kita lihat di alam semesta modern. Proses akresi, dimana materi bertambah secara bertahap, dan interaksi gravitasi antara berbagai struktur, secara bertahap membentuk galaksi yang lebih besar dan lebih kompleks.
Pembentukan galaksi ini adalah topik utama dalam penelitian kosmologi. Teleskop luar angkasa seperti Hubble telah memberikan gambaran tentang galaksi-galaksi jauh dan kuno, memberikan kita gambaran tentang bagaimana galaksi terbentuk dan berevolusi.
Para peneliti seperti J. Richard Gott III dan Mario Livio dalam karya mereka "The First Galaxies: The Formation and Evolution" (2011) menguraikan teori dan observasi terkait pembentukan galaksi-galaksi ini.
Kesimpulan
Teori Big Bang tidak hanya menguraikan tentang asal-usul alam semesta tetapi juga menggambarkan evolusi kompleks yang terjadi sejak detik-detik awal keberadaannya. Dari Era Planck, dimana alam semesta adalah entitas yang panas dan padat di luar pemahaman fisika klasik, hingga Era Radiasi, di mana partikel-partikel dasar mulai terbentuk dan alam semesta penuh dengan energi radiasi. Kemudian, pada Era Materi, kita menyaksikan penurunan suhu yang signifikan, memungkinkan terbentuknya atom-atom netral dan transisi dari dominasi energi ke dominasi materi.
Tahap selanjutnya, yaitu pembentukan atom pertama, merupakan titik balik kunci di mana atom-atom hidrogen dan helium mulai terbentuk, membuka jalan bagi pembentukan bintang dan galaksi. Bintang-bintang Populasi III yang besar dan panas menjadi cikal bakal untuk generasi bintang selanjutnya dan menyebarkan elemen-elemen berat yang esensial untuk kehidupan. Pembentukan galaksi mengikuti, dengan struktur yang awalnya sederhana berkembang menjadi galaksi yang lebih kompleks dan terorganisir.
