Bagaimanakah Struktur Jagad Raya kita?

Sejarah besar penemuan kosmologi modern dimulai dari pembuatan teleskop raksasa dan reflector cermin yang berdiameter 2,5 meter yang dibangun di Observatory Mount Wilson, California dalam tahun 1917. Dengan teleskop ini para astronom telah mampu menjajah jarak yang lebih jauh dalam ruangan angkasa.

Ada tiga permanen utama yang telah mengungkapkan bagaimana perilaku jagat raya pada skala jarak yang sangat besar. Ketiga permanen itu adalah : 1) sebaran galaksi, 2) jagad raya mengambang, 3) radiasi latar gelombang mikro. Dalam dasawarsa 1920-an dan 1930-an, Edwin Hubble dan teman-temannya membuat dua penemuan besar. Yang pertama adalah sifat sebaran galaksi, dan yang kedua mengenai jagat raya mengembang.

SEBARAN GALAKSI

                Dengan teleskop besar, Hubble dan astronom lainnya mendeteksi cahaya dari galaksi sejauh beberapa ratus juta tahun cahaya. Mereka melakukan pemetaan termasuk jutaan galaksi yang paling jauh yang jaraknya  milyaran tahun cahaya. Dari hasil pengamatannya dia menemukan  galaksi y dalam skala jarak antara galaksi yang kecil, banyak galaksi termasuk dalam gugusan yang mengelompokan dari beberapa puluhan galaksi sampai dengan beberapa ribuan galaksi dengan diameter sampai sekitar 20 juta tahun cahaya.

                Pada skala yang lebih besar, ditemukan bahwa penggugusan galaksi menjadi kurang nyata dan tampaknya jumlah galaksi dalam arah cendrung menjadi sama. Jadi Hubble menemukan bahwa sebaran galaksi nampak sama dalam semua arah di langit, sepanjang kita memandang daerah yang cukup luas di langit. Sifat yang meemiliki penampakan yang sama dalam semua arah itu disebut “isotropis”. Sifat isotropi dalam skala besar juga menggambarkan distribusi galaksi yang lebih jauh dan quasars, yang diantaranya hanya tampak pada panjang gelombang rasio.

                Secara raya nampak matematik dibuktikan bahwa jagat raya yang nampak isotropic untuk semua pengamat harus homogen (seragam) sama di semua titik dalam ruang. Oleh karena itu sifat jagat raya bila direratakan  untuk volume yang cukup besar, haruslah sama dimana-mana pada waktu kapan saja, meskipun dia dapat berubah terhadap waktu. Idea tentang keseragaman (uniformitas) jagat raya ini dinamakan prinsip kosmologis.

                Hasil survey fotografis dan analisis distribusi galaksi dalam ruang tidaklah acak sempurna tetapi memperlihatkan distribusi berumpun dlam bentuk gugus. Sebagian terbesar dari gugus iitu homogen dan memiliki anggota yang cukup terang dengan jarak sekitar 70 sampai 140 juta parsec. Keceptan radial gugus ini adalah sekitar 6950 km/s atau sekitar 2% dari laju cahaya dan massa yang sangat bervariasi. Kebanyakan galaksi itu adalah kelompok atau gugus. Sistem gugus atau kelompok ini memiliki diameter antara 1 sampai 5 juta parsek atau lebih. Gugus yang terbesar umumnya memiliki struktur yang simetris dan regular dengan massa totalnya sekitar biliunan 10¹⁵ massa matahari.

                Gugus galaksi dapat digolongkan menjadi dua yaitu gugus regular dan gugus irregular. Gugus regular sangat kaya dan memperlihatkan simetri speris dan konsentrasi memusat yang cukup tinggi. Gugus ini anggotanya didominasi oleh galaksi eliptis dan hanya beberapa yang spiral. Contoh gugus regular adalah gugus Coma yang memiliki diameter minimal 10 juta tahun cahaya. Diperkirakan anggota galaksi dalam gugus ini bisa mencapai sepuluh ribuan dan ribuan diantaranya teramati. Gugus ini terdapat pada dua galaksi eliptis yang magnitude absolutnya -23 dan 2-24. Gugus coma ini berisikan banyak anggota dengan magnitudo yang lemah. Tampaknya gugus regular ini merupakan sumber sinar x yang berasal dari radiasi gas antar gugus terutama dari dekat pusat gugus.

                Gugus ireguler, kurang teratur dan umumnya kurang kaya dan memiliki ukuran antara 5 sampai 15 juta tahun cahaya. Jenis ini tampak tidak simetris dan tidak mempunyai kecenderungan konsentrasi yang  memusat. Jenis ini sering memilki sub gugus dan anggotanya dari berbagai jenis galaksi. Contoh gugus irregular antara lain gugus Hercules.

                Kebanyakan gugus atau kelompok galaksi bergabung bersama menjadi gugus yang maha besar yang dinamakan Supercluster atau gugus super. Gugus besar ini terdistribusi secara seragam ke seluruh ruang sehingga dalam skala besar distribusi gugus ini adalah isotropic dan homogeny. Penelitian menunjukkan bahwa semua galaksi itu membentuk gugus super yang diameternya antara 100 sampai 300 juta tahun dengan massa antara 10¹⁵ sampai 10¹⁶ massa matahari. Data menunjukkan bahwa gugus super itu mengembang meskipun tidak secepat mengembangkan jagat raya secara keseluruhan.

                Distribusi materi dalam ruang membuat struktur sarang laba-laba yang amat sangat banyak yang angotanya adalah gugus super sehingga jagat raya ini seperti bentuk sel-sel.

1.2          JAGAT RAYA MENGEMBANG

                Pada akhir tahun 1920-an, Hubble telah membuktikan bahwa Nebula itu adalah sebenarnya galaksi. Dia juga telah menemukan cara untuk  memperkirakan jaraknya. Tahun 1929 dia membuktikan bahwa kecepatan radial galaksi sebanding dengann jaraknya. Tahun 1931 Hubble dan Humason mengemukakan temuannya mengenai hubungan jarak dan kecepatan galaksi yang bergerak menjauhi kita dengan laju sampai mendekati 20.000 km/s. hukum pergeseran merahnya ini sekarang dikenal dengan “Hukum Hubble”. Hukum ini  telah memberikan keyakinan bahwa jagat raya mengembang. Sesudah itu makin banyak lagi ditemukan galaksi yang lebih jauh dan dengan laju menjauh yang lebih besar antara 0,36 sampai 0,6 laju cahaya. Dari kecermatan pengamatan didapat bahwa  gugus galaksi yang jauh memiliki kecepatan yang sebanding dengan jaraknya.

                Gerak galaksi ini pada mulanya ditemukan dalam tahun 1915 oleh Slipher tetapi dipelajari lebih cermat oleh Hubble, dan mengumumkan hasilnya yang sangat terkenal itu dalam tahun 1929. Temuan Hubble ini menyatakan bahwa laju menjauh dari galaksi itu sebanding dengan jaraknya dari kita.

                v = HD

                Rumus ini disebut Hukum Hubble dimana v adalah laju menjauh dari galaksi dan H dinamakan konstanta Hubble yang harganya (55  km/s.Mpc = (1 ¹⁰) tahun.

                Apa artinya kita dapatkan bahwa semua galaksi menjauh dari kita? secara vektorial dapat dijelaskan seperti gambar. Pengamat O mengamati galaksi G pada posisi r yang diukur dari galaksi kita sebagai titik asal O dan G bergerak dengan kecepatan v, dimana v =Hr.

                Sekarang secara vektor dapat dilihat kecepatan G menjauh darinya dengan kecepatan v-v’ yang besarnya sebanding dengan jaraknya yaitu (r-r’). ternyata terbukti tiap galaksi akan melihat galaksi lainnya bergerak menjauhi dirinya.

                Pengembangan jagat raya  bukan berarti galaksi dan gugus galaksi itu sendiri juga mengembang. Galaksi itu sendiri ukurannya tidak berubah, tetapi jarak antar galaksi yang bertambah. Demikian pula gravitasi bersama yang mengikat galaksi dan gugus galaksi itu bersama dan mereka memisah satu dengan lainnya karena jagat raya itu yang mengembang.