Kolaborasi DESI sedang melakukan eksperimen inovatif untuk memahami perluasan dan percepatan alam semesta. Pekerjaan mereka dengan instrumen DESI telah memungkinkan mereka memetakan kosmos dari tahap awal hingga saat ini, menantang model alam semesta yang sudah ada. Temuan awal menunjukkan mungkin masih banyak hal yang perlu diketahui tentang energi gelap dan percepatan kosmik. Pendekatan inovatif proyek ini, termasuk analisis yang sepenuhnya buta, memastikan bahwa kesimpulan mereka didasarkan pada data yang tidak bias, sehingga membuka jalan bagi penemuan astrofisika di masa depan. Kredit: SciTechDaily.com
Itu DESI kolaborasi ini mengkaji percepatan perluasan alam semesta melalui pemetaan komprehensif dari tahap awal hingga saat ini. Temuan mereka menantang model kosmik tradisional dan memberikan wawasan baru mengenai energi gelap, sambil memanfaatkan metode penelitian yang inovatif dan tidak memihak.
Sebuah tim peneliti, termasuk ahli astrofisika dari The University of Texas di Dallas, sebagai bagian dari kolaborasi Instrumen Spektroskopi Energi Gelap (DESI), memimpin eksperimen inovatif yang bertujuan mengeksplorasi perluasan dan percepatan alam semesta.
Mustapha Ishak-Boushaki, profesor fisika di Sekolah Ilmu Pengetahuan Alam dan Matematika (NSM) di UT Dallas, adalah anggota kolaborasi DESI, sebuah kelompok internasional yang terdiri lebih dari 900 peneliti dari lebih dari 70 institusi di seluruh dunia yang bergerak di bidang eksperimen multi-tahun untuk meningkatkan pemahaman tentang sejarah dan nasib kosmos.
Pada tanggal 4 April, Ishak-Boushaki mempresentasikan analisis data tahun pertama yang dikumpulkan oleh eksperimen DESI pada pertemuan American Physical Society di Sacramento, California, bersama dengan dua ilmuwan DESI lainnya. Ishak-Boushaki memaparkan hasil kosmologi yang disimpulkan dari data DESI dan implikasinya terhadap alam semesta. Para peneliti juga membagikan hasil pengumpulan data tahun pertama di beberapa makalah yang diposting di situs pracetak arXiv.
Peran Instrumen DESI
Instrumen DESI, yang terletak di Observatorium Nasional Kitt Peak (KPNO) di Arizona, mengumpulkan cahaya dari bagian terjauh di alam semesta, yang memungkinkan para ilmuwan memetakan kosmos seperti masa mudanya dan melacak evolusinya hingga apa yang diamati saat ini. Memahami bagaimana alam semesta berevolusi berkaitan dengan bagaimana alam semesta berakhir dan salah satu misteri terbesar dalam fisika: Apa yang melatarbelakangi pengamatan bahwa perluasan alam semesta semakin cepat?
Analisis pengumpulan data DESI pada tahun pertama menegaskan dasar-dasar dari apa yang diyakini para ilmuwan sebagai model alam semesta terbaik, namun hal ini juga mengisyaratkan bahwa masih banyak yang harus dipelajari tentang penyebab mendasar percepatan kosmik, yang penemuannya menyebabkan Hadiah Nobel dalam bidang fisika pada tahun 2011.
DESI telah membuat peta 3D terbesar alam semesta kita hingga saat ini. Bumi berada di tengah-tengah potongan tipis peta penuh ini. Pada bagian yang diperbesar, mudah untuk melihat struktur dasar materi di alam semesta kita. Kredit: Kolaborasi Claire Lamman/DESI; paket peta warna khusus oleh cmastro
Akselerasi kosmik menjadi masalah karena berlawanan dengan cara gravitasi, yang menyebabkan benda-benda bermassa tertarik bersama, diamati bekerja di tata surya kita dan ruang angkasa di dekatnya.
“Gravitasi menarik materi menjadi satu, sehingga ketika kita melempar bola ke udara, gravitasi bumi menariknya ke bawah menuju planet,” kata Ishak-Boushaki. “Tetapi pada skala terbesar, alam semesta bertindak berbeda. Ini bertindak seolah-olah ada sesuatu yang menjijikkan yang mendorong alam semesta dan mempercepat perluasannya. Ini adalah misteri besar dan kami sedang menyelidikinya dari berbagai sisi. Apakah itu energi gelap yang tidak diketahui di alam semesta, atau merupakan modifikasi teori gravitasi Albert Einstein pada skala kosmologis?”
Menjelajahi Energi Gelap dan Perluasan Alam Semesta
Energi gelap dianggap oleh banyak ilmuwan memainkan peran penting dalam percepatan kosmik, namun hal ini belum dipahami dengan baik. Beberapa orang berteori bahwa ini adalah konstanta kosmologis – sebuah sifat intrinsik ruang yang mendorong percepatan.
Untuk mempelajari dampak energi gelap selama 11 miliar tahun terakhir, kelompok DESI telah menciptakan peta 3D kosmos terbesar yang pernah dibuat menggunakan pengukuran paling presisi hingga saat ini. Ini adalah pertama kalinya para ilmuwan mengukur sejarah perluasan alam semesta muda dengan presisi lebih dari 1%.
Model utama alam semesta dikenal sebagai Lambda-CDM. Ini mencakup materi biasa dan jenis materi yang jarang berinteraksi yang disebut materi gelap dingin (CDM) dan energi gelap, yang dikenal sebagai Lambda. Baik materi maupun energi gelap membentuk cara alam semesta mengembang, namun dengan cara yang berlawanan. Melalui tarikan gravitasi, materi dan materi gelap memperlambat pemuaian, sementara energi gelap mempercepatnya. Jumlah masing-masingnya mempengaruhi bagaimana alam semesta berevolusi. Model ini efektif dalam memvalidasi hasil eksperimen sebelumnya dan menggambarkan bagaimana alam semesta terlihat sepanjang waktu, kata Ishak-Boushaki.
Animasi ini menunjukkan bagaimana osilasi akustik baryon bertindak sebagai penggaris kosmik untuk mengukur perluasan alam semesta. Kredit: Kolaborasi Claire Lamman/DESI dan Jenny Nuss/Berkeley Lab
Namun, ketika hasil tahun pertama DESI digabungkan dengan data dari penelitian lain, terdapat beberapa perbedaan kecil dari prediksi model Lambda-CDM.
“Hasil kami menunjukkan beberapa penyimpangan menarik dari model standar alam semesta yang dapat menunjukkan bahwa energi gelap berevolusi seiring waktu,” kata Ishak-Boushaki. “Semakin banyak data yang kami kumpulkan, semakin baik pula kami dalam menentukan apakah temuan ini benar adanya. Dengan lebih banyak data, kami mungkin mengidentifikasi penjelasan berbeda atas hasil yang kami amati atau konfirmasikan. Jika hal ini terus berlanjut, maka hasil seperti ini akan menjelaskan apa yang menyebabkan percepatan kosmik dan memberikan langkah besar dalam memahami evolusi alam semesta kita.”
Lebih banyak data juga akan menyempurnakan hasil awal DESI lainnya, yang mempertimbangkan konstanta Hubble – ukuran seberapa cepat alam semesta berkembang saat ini – dan massa partikel yang disebut neutrino.
Pentingnya Analisis Buta dalam Penelitian
DESI adalah eksperimen spektroskopi pertama yang melakukan analisis yang sepenuhnya buta, yang menyembunyikan hasil sebenarnya dari para ilmuwan untuk menghindari bias konfirmasi bawah sadar. Para peneliti bekerja secara “buta” dengan data yang dimodifikasi dan menulis kode komputer untuk menganalisis temuan mereka. Setelah semuanya selesai, mereka menerapkan analisis mereka pada data asli untuk mengungkap jawaban sebenarnya.
“Dr. Penelitian Ishak-Boushaki dan kolaborasinya dengan para ilmuwan di sekitar 70 institusi mengungkap wawasan penting tentang alam semesta kita, dan hasilnya sangat menakjubkan,” kata Dr. David Hyndman, dekan NSM dan Ketua Universitas Terhormat Francis S. dan Maurine G. Johnson . “Sangat menginspirasi untuk memiliki program penelitian kelas dunia di UT Dallas dan melihat para ilmuwan kami memainkan peran kunci dalam penemuan-penemuan mendasar.”
Referensi: “Hasil Kosmologi Tahun 1” oleh DESI Collaboration et al., 4 April 2024.
DESI dibangun dan dioperasikan dengan dana dari Kantor Sains Departemen Energi (DOE) dan berada di atas Teleskop 4 meter Nicholas U. Mayall milik National Science Foundation (NSF) di KPNO, yang dioperasikan oleh NSF. NOIRLab. Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley milik DOE mengelola eksperimen DESI.
DESI juga didukung oleh Pusat Komputasi Ilmiah Penelitian Energi Nasional, fasilitas komputasi utama untuk DOE Office of Science. Dukungan tambahan untuk DESI disediakan oleh NSF; Dewan Fasilitas Sains dan Teknologi Inggris; Yayasan Gordon dan Betty Moore; Yayasan Heising-Simons; Komisi Energi Alternatif dan Energi Atom Perancis; Dewan Nasional Humaniora, Ilmu Pengetahuan, dan Teknologi Meksiko; Kementerian Sains dan Inovasi Spanyol; dan lembaga anggota DESI.
Kolaborasi DESI merasa terhormat diizinkan melakukan penelitian ilmiah di Iolkam Du’ag (Puncak Kitt), sebuah gunung yang memiliki arti penting bagi Bangsa Tohono O’odham.
