Kurir Lain Sebagai Pusat Informasi Alam Semesta

Seperti yang sudah dituliskan pada tulisan yang lalu, satu hal yang paling penting dalam astronomi adalah kemampuan untuk mengumpulkan, mencatat dan mengolah 'kurir' yang berasal dari langit (dan benda langit) yang mencapai Bumi, yaitu gelombang elektromagnetik. Apakah informasi yang diterima oleh para astronom hanya berasal dari gelombang elektromagnetik saja? Ternyata tidak! Ada 'kurir' lain yang bisa diotak-atik oleh para astronom selain gelombang elektromagnetik. Apakah itu? Diantaranya adalah :

1. Sinar Kosmik
2. Partikel Neutrino
3. Gelombang Gravitasi

Sinar Kosmik

Yang disebut sinar kosmik sebenarnya bukanlah sinar, tetapi pancaran partikel bermuatan yang berenergi tinggi (dan juga berenergi rendah) yang datang dari seluruh penjuru alam semesta, dapat berupa proton, elektron, proton atau inti berat seperti besi. Berasal dari proses-proses energi tinggi seperti inti galaksi atau supernova. Sekitar 89% yang mencapai Bumi adalah proton, 10% partikel alfa (inti helium) dan 1% elektron atau inti berat lainnya, juga diamati ada yang berupa anti materi (anti proton dan juga anti elektron/positron). Pengamatan terhadap sinar kosmik dapat memberikan informasi mengenai proses-proses yang menghasilkan energi tinggi yang ada di alam semesta.

Bulan seperti yang terlihat oleh Compton Gamma Ray Observatory dalam energi sinar gamma yang lebih besar dari 20 MeV. Ini dihasilkan karena permukaan bulan dibombardir oleh sinar kosmik (Kredit : Wikipedia)

Sinar kosmik ini dapat merusak makhluk hidup karena langsung merusak struktur di dalam sel, terutama menyebabkan kerusakan membran sel dan juga DNA.

Ilustrasi kerusakan DNA oleh sinar kosmik

Gambar diatas adalah Biji Alfalfa (Medicago Sativa) yang diperbesar ribuan kali. Gambar A adalah biji yang ada di Bumi dan gambar B adalah biji yang telah dibawa ke luar angkasa yang sudah terkena sinar kosmik. Ada lubang (tanda panah) pada sel Alfalfa yang dihasilkan oleh hantaman sinar kosmik pada biji tersebut

Beruntung Bumi dilindungi oleh atmosfir dan medan magnetik Bumi, jika tidak maka kehidupan di Bumi ini bisa musnah hanya oleh sinar kosmik. Partikel sinar kosmik ketika memasuki atmosfir dapat berinteraksi dengan gas-gas seperti oksigen dan nitrogen dan juga terbawa oleh medan magnetik Bumi ke arah kutub dan partikel-partikel ini akan bergerak secara spiral sehingga kehilangan banyak energinya.

LAPAN di Bandung pada tahun 2011 ini mengadakan satu proyek yang bekerjasama dengan International Space Station (ISS) yang mengorbit Bumi pada ketinggian 278-460 km. LAPAN mengirimkan sekitar 800 biji tomat kering yang berasal dari SITH-FMIPA ITB dan diluncurkan oleh roket H-2B dari Tanegeshima Space Center pada hari Sabtu, 22 Januari 2011 untuk disimpan di ISS sehingga terkena sinar kosmik dari luar angkasa selama 180 hari, dan biji-biji tersebut kini telah kembali ke Indonesia dan dibagikan kepada sekitar 50 sekolah sehingga pelajar dapat meneliti dampak lingkungan antariksa (sinar kosmik dan mikrogravitasi) terhadap pertumbuhan tanaman tomat tersebut terhadap tomat yang normal.

Partikel Neutrino

Neutrino adalah partikel yang sangat kecil, tidak bermuatan, hampir tidak memiliki massa, bergerak hampir secepat cahaya dan memiliki interaksi yang sangat rendah dengan partikel-partikel lain. Keberadaan partikel ini sudah diramalkan oleh Wolfgang Pauli di tahun 1930 tetapi baru terbukti eksistensinya tahun 1956 oleh Clyde Cowan, Frederick Reines, dkk. (dan mereka mendapat nobel tahun 1995 karenanya). Ada tiga macam neutrino, yaitu elektron neutrino, muon neutrino dan tau neutrino. 

Berdasarkan teori-teori yang ada, reaksi inti yang terjadi di Matahari menghasilkan neutrino elektron, dan karena neutrino hampir tidak berinteraksi dengan materi yang lain maka neutrino matahari yang mencapai Bumi adalah neutrino asli yang berasal dari pusat Matahari, tanpa terpengaruh setiap lapisan Matahari, atmosfir Bumi maupun medan magnet Bumi. Jika astronom sanggup mendeteksi neutrino ini, maka reaksi ini yang ada di pusat Matahari dapat diamati secara langsung. Bandingkan dengan sebuah foton hasil reaksi inti dipusat Matahari, untuk mencapai permukaan Matahari saja satu foton mungkin memerlukan waktu sampai jutaan tahun karena interaksi dan penyerapan dengan partikel lain, sehingga pengamatan neutrino (meskipun sangat sulit) diharapkan mampu menggambarkan reaksi sebenarnya yang terjadi di pusat Matahari.   

Reaksi Proton-proton yang terjadi di pusat bintang deret utama seperti Matahari yang menghasilkan neutrino
(Kredit: Wikipedia)

Selain di inti bintang, partikel ini juga berasal dari ledakan supernova dan juga menurut teori dihasilkan saat dua detik setelah big bang, sehingga pengamatan pada neutrino latar belakang dapat memberi informasi tentang big bang.  Salah satu implikasi besar dari keberadaan neutrino yang selalu dihasilkan di pusat bintang dan sejak awal Big Bang adalah alam semesta ini dipenuhi oleh banyak sekali neutrino sehingga nasib alam semesta (menurut teori Big Bang) juga harus memperhitungkan massa neutrino ini.

Gelombang Gravitasi

Gelombang ini merupakan salah satu efek dari teori relativitas umum Einstein yang diprediksikan sejak tahun 1916. Secara teoritis adalah pancaran energi secara dalam bentuk radiasi gravitasi, dimana sampai sekarang pendeteksiannya belum dapat dilakukan, tetapi jika bisa terdeteksi maka beberapa informasi bisa diperoleh, misalnya massa dan pergerakan sistem yang tidak bisa terdeteksi melalui gelombang elektromagnetik. 

Meskipun tidak terdeteksi secara langsung, secara tidak langsung efek ini sudah diamati, pertama kali oleh Russell Alan Hulse dan Joseph Hooton Taylor, Jr., dari Universitas Princeton di tahun 1974 yang mengamati pasangan bintang ganda yang berupa bintang neutron yang disebut PSR B1913+16. Pasangan bintang neutron ini memancarkan gravitasi yang sangat besar sehingga orbitnya makin lama semakin kehilangan energi yang dideteksi sebagai semakin mendekatnya kedua bintang neutron ini (mengalami orbital decay) dan hasil pengamatan ini sesuai dengan yang diprediksikan oleh Teori Relativitas Umum Einstein mengenai radiasi gravitasi. Karena hal ini, mereka mendapatkan nobel Fisika di tahun 1993.

Orbital decay pada PSR B1913+16 yang diamati sepanjang 30 tahun (Kredit : Wikipedia)

Secara langsung gelombang gravitasi belum bisa dideteksi tetapi jika bisa terdeteksi maka akan menambah kekayaan pengenalan manusia akan alam semesta ini.