Peta paling rinci yang pernah dibuat dari latar belakang gelombang mikro kosmik - radiasi peninggalan dari Big Bang - dirilis hari ini mengungkapkan keberadaan fitur yang menantang dasar pemahaman kita saat ini tentang Alam Semesta.
Gambar ini didasarkan pada data awal 15,5 bulan dari Planck dan merupakan gambar langit pertama pertama dari misi tentang cahaya tertua di Semesta kita, yang tercipta di langit ketika baru berusia 380.000 tahun.
Pada saat itu, Semesta muda dipenuhi sup panas yang terdiri dari proton, elektron, dan foton yang berinteraksi sekitar 2700ºC. Ketika proton dan elektron bergabung membentuk atom hidrogen, cahayanya dibebaskan. Ketika Semesta telah mengembang, cahaya ini hari ini telah direntangkan menjadi gelombang mikro, setara dengan suhu hanya 2,7 derajat di atas nol mutlak.
Anisotropi dari latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB) seperti yang diamati oleh Planck. CMB adalah potret cahaya tertua di Alam Semesta kita, yang tercipta di langit ketika Alam Semesta baru berusia 380.000 tahun. Ini menunjukkan fluktuasi suhu kecil yang sesuai dengan daerah dengan kepadatan yang sedikit berbeda, mewakili benih dari semua struktur masa depan: bintang-bintang dan galaksi saat ini. Kredit: ESA dan Kolaborasi Planck
'Latar belakang gelombang mikro kosmik' ini - CMB - menunjukkan fluktuasi suhu kecil yang sesuai dengan daerah dengan kepadatan yang sedikit berbeda pada masa-masa awal, mewakili benih dari semua struktur masa depan: bintang dan galaksi masa kini.
Menurut model standar kosmologi, fluktuasi muncul segera setelah Big Bang dan diperluas ke skala besar secara kosmologis selama periode singkat ekspansi dipercepat yang dikenal sebagai inflasi.
Planck dirancang untuk memetakan fluktuasi ini di seluruh langit dengan resolusi dan sensitivitas yang lebih besar daripada sebelumnya. Dengan menganalisis sifat dan distribusi benih dalam gambar CMB Planck, kita dapat menentukan komposisi dan evolusi Semesta dari kelahirannya hingga saat ini.
Secara keseluruhan, informasi yang diekstrak dari peta baru Planck memberikan konfirmasi yang sangat baik tentang model standar kosmologi pada akurasi yang belum pernah terjadi sebelumnya, menetapkan tolok ukur baru dalam manifes kami tentang isi Semesta.
Tetapi karena presisi peta Planck sangat tinggi, itu juga memungkinkan untuk mengungkapkan beberapa fitur yang tidak dapat dijelaskan yang mungkin membutuhkan fisika baru untuk dipahami.
Bila dibandingkan dengan pengamatan terbaik dengan model kosmologi standar, kemampuan presisi tinggi Planck mengungkapkan bahwa fluktuasi pada latar gelombang mikro kosmik pada skala besar tidak sekuat yang diharapkan. Grafik menunjukkan peta yang berasal dari perbedaan antara keduanya, yang mewakili seperti apa bentuk anomali itu.
“Kualitas luar biasa dari potret Planck tentang bayi Universe memungkinkan kita untuk mengupas lapisan-lapisannya hingga ke dasar-dasarnya, mengungkapkan bahwa warna biru kosmos kita masih jauh dari sempurna. Penemuan semacam itu dimungkinkan oleh teknologi unik yang dikembangkan untuk tujuan itu oleh industri Eropa, ”kata Jean-Jacques Dordain, Direktur Jenderal ESA.
"Sejak rilis gambar langit pertama Planck pada tahun 2010, kami telah dengan hati-hati mengekstraksi dan menganalisis semua emisi latar depan yang berada di antara kita dan cahaya pertama Semesta, mengungkapkan latar belakang gelombang mikro kosmik dalam detail terbesar," tambah George Efstathiou dari University of Cambridge, UK.
Salah satu temuan yang paling mengejutkan adalah bahwa fluktuasi suhu CMB pada skala sudut besar tidak sesuai dengan yang diprediksi oleh model standar - sinyalnya tidak sekuat yang diharapkan dari struktur skala yang lebih kecil seperti yang diungkapkan oleh Planck.
Lain adalah asimetri dalam suhu rata-rata di belahan bumi yang berlawanan. Ini bertentangan dengan prediksi yang dibuat oleh model standar bahwa Semesta harus secara luas serupa dengan arah apa pun yang kita lihat.
Selain itu, titik dingin memanjang di atas sepetak langit yang jauh lebih besar dari yang diharapkan.
Asimetri dan titik dingin telah diisyaratkan dengan pendahulu Planck, misi WMAP NASA, tetapi sebagian besar diabaikan karena masih ada keraguan tentang asal usul kosmik mereka.
Asimetri dan titik dingin
“Fakta bahwa Planck telah melakukan pendeteksian yang signifikan terhadap anomali ini menghapus keraguan tentang realitas mereka; tidak bisa lagi dikatakan bahwa itu adalah artefak dari pengukuran. Mereka nyata dan kami harus mencari penjelasan yang kredibel, ”kata Paolo Natoli dari University of Ferrara, Italia.
“Bayangkan menyelidiki fondasi sebuah rumah dan menemukan bahwa bagian-bagiannya lemah. Anda mungkin tidak tahu apakah kelemahan pada akhirnya akan menggulingkan rumah, tetapi Anda mungkin akan mulai mencari cara untuk memperkuatnya dengan cepat, ”tambah François Bouchet dari Institut d'Astrophysique de Paris.
Salah satu cara untuk menjelaskan anomali adalah dengan mengusulkan bahwa Semesta sebenarnya tidak sama di semua arah pada skala yang lebih besar daripada yang bisa kita amati. Dalam skenario ini, sinar cahaya dari CMB mungkin telah mengambil rute yang lebih rumit melalui Semesta daripada yang dipahami sebelumnya, menghasilkan beberapa pola yang tidak biasa diamati hari ini.
“Tujuan utama kami adalah untuk membangun model baru yang memprediksi anomali dan menghubungkannya bersama. Tetapi ini adalah hari-hari awal; sejauh ini, kami tidak tahu apakah ini mungkin dan jenis fisika baru apa yang mungkin diperlukan. Dan itu menyenangkan, "kata Profesor Efstathiou.
Resep kosmik baru
Di luar anomali, data Planck sangat sesuai dengan harapan model Universe yang agak sederhana, yang memungkinkan para ilmuwan untuk mengekstraksi nilai-nilai yang paling halus untuk bahan-bahannya.
Peta latar belakang gelombang mikro kosmik Planck yang presisi tinggi telah memungkinkan para ilmuwan untuk mengekstraksi nilai yang paling halus dari bahan-bahan Semesta. Materi normal yang membentuk bintang dan galaksi hanya menyumbang 4,9% dari inventaris massa / energi Alam Semesta. Materi gelap, yang dideteksi secara tidak langsung oleh pengaruh gravitasinya pada materi terdekat, menempati 26,8%, sementara energi gelap, kekuatan misterius yang dianggap bertanggung jawab untuk mempercepat ekspansi Alam Semesta, menyumbang 68,3%.
Angka ‘sebelum Planck’ didasarkan pada rilis data WMAP sembilan tahun yang disajikan oleh Hinshaw et al (2013).
Materi normal yang membentuk bintang dan galaksi hanya berkontribusi 4,9% dari massa / kepadatan energi Alam Semesta. Materi gelap, yang sejauh ini hanya terdeteksi secara tidak langsung oleh pengaruh gravitasinya, mencapai 26,8%, hampir seperlima lebih banyak dari perkiraan sebelumnya.
Sebaliknya, energi gelap, kekuatan misterius yang dianggap bertanggung jawab untuk mempercepat ekspansi Alam Semesta, menyumbang kurang dari yang diperkirakan sebelumnya.
Akhirnya, data Planck juga menetapkan nilai baru untuk laju pertumbuhan Semesta saat ini, yang dikenal sebagai konstanta Hubble. Pada 67,15 kilometer per detik per megaparsec, ini secara signifikan kurang dari nilai standar saat ini dalam astronomi. Data menunjukkan bahwa usia Alam Semesta adalah 13,82 miliar tahun.
"Dengan peta langit microwave yang paling akurat dan terperinci yang pernah dibuat, Planck sedang melukis gambar baru Semesta yang mendorong kita untuk memahami teori-teori kosmologis terkini," kata Jan Tauber, ESA's Planck Project Scientist.
“Kami melihat hampir sempurna untuk model standar kosmologi, tetapi dengan fitur menarik yang memaksa kami untuk memikirkan kembali beberapa asumsi dasar kami.
"Ini adalah awal dari sebuah perjalanan baru dan kami berharap bahwa analisis lanjutan dari data Planck kami akan membantu menjelaskan masalah ini."
Melalui ESA