Riwayat Singkat Sang Semesta - Bagian II

Artikel ini merupakan kelanjutan dari artikel sebelumnya : Riwayat Singkat Sang Semesta - Bagian I

Alam semesta baru berumur satu detik, ia terus berekspansi dan mendingin. Partikel-partikel yang tersisa dari peristiwa pemusnahan materi dengan antimateri, seperti proton, neutron, dan elektron kelak akan membentuk atom sebagai penyusun materi-materi yang ada sekarang ini.

Era Lepton

Berlangsung dalam rentang waktu dari 1 detik sampai 3 menit setelah big bang. Era ini didominasi oleh partikel lepton. Lepton adalah adalah sekelompok partikel dasar yang juga merupakan fermion, contohnya seperti elektron dan neutrino.

Namun berbeda dengan quark yang berinteraksi dengan keempat gaya fundamental, lepton tidak berinteraksi dengan gaya nuklir kuat. 

Suhu alam semesta pada masa ini turun dari 10¹⁰ sampai 10⁹ Kelvin. Rentang suhu ini masih terlalu panas bagi proton dan neutron untuk membentuk inti atom (nukleus). Proton, neutron, dan elektron masih bergerak bebas.

Neutron bebas bersifat tidak stabil, ia mengalami peluruhan oleh gaya nuklir lemah, yang disebut dengan peluruhan beta. Peluruhan beta merubah neutron menjadi proton dengan  melepaskan elektron dan anti-neutrino.

Oleh sebab itu terdapat lebih banyak proton daripada neutron di alam semesta. Sisa dari neutron yang belum meluruh akan bergabung membentuk inti atom untuk mencapai kestabilan.

Era Materi 

Era ini merupakan era yang sangat lama dibandingkan dengan era sebelumnya, berlangsung dari 3 menit sampai dengan 380.000 tahun setelah big bang. Seiring ekspansi, suhu alam semesta menurun dari 10⁹ hingga mencapai 3x10³ Kelvin pada akhir era ini.

Pada awal era ini terjadi proses nukleosintesis, yaitu proses pembentukan inti atom (nukleus). Nukleosintesis yang terjadi pada masa ini disebut dengan Nukleosintesis Big Bang, yang sebagian besar membentuk inti atom helium. Periode nukleosintesis ini terjadi dari sekitar 3 menit sampai 20 menit setelah big bang.

Proton dan neutron pada masa ini memiliki energi yang sangat tinggi, partikel-partikel ini saling bertabrakan dengan satu sama lain dan terjadi reaksi fusi berantai yang akhirnya membentuk inti atom stabil seperti helium.

Karena jumlah proton yang lebih banyak dari neutron, terdapat banyak proton yang masih tersisa dari proses neukleosintesis. Proton-proton tunggal ini yang menjadi inti hidrogen.

Selain hidrogen dan helium, proses nukleosintesis ini juga menyisakan sebagian kecil inti-inti yang tidak stabil seperti isotop hidrogen (deutrium dan tritium), isotop helium-3, serta isotop litium-7.

Elektron masih bebas bergerak dan belum terikat dengan nukleus karena elektron masih mempunyai lebih dari energi yang cukup untuk mengalahkan gaya elektromagnetik antara elektron yang bermuatan negatif dan nukleus yang bermuatan positif.

Keadaan alam semesta di awal era ini masih rapat, ruang diisi oleh sup plasma nukleo-elektron. Oleh karenanya, foton (partikel cahaya) masih terperangkap diantara elektron-elekton. Foton-foton ini bergerak secara random, tepantulkan dan terkadang terabsorbi dan teremisi lagi oleh elektron.

Selagi alam semesta mengembang dan mendingin, energi elektron juga semakin berkurang. 

Tepat di akhir era ini ketika suhu mencapai sekitar di bawah 3000 Kelvin, terjadi peristiwa Rekombinasi, dimana elektron-elektron mulai berikatan dengan nukleus, membentuk atom hidrogen dan helium. Terdapat sekitar 75% atom hidrogen dan 25% atom helium.

Era Radiasi 

Berlangsung dari 380.000 tahun hingga sekitar 150 juta tahun setelah big bang. Suhu alam semesta dari 3000 Kelvin terus menerus menurun. Karena peristiwa rekombinasi, foton yang sebelumnya terperangkap mulai bebas bergerak dan menjalar ke segala penjuru semesta. 

Alam semesta mulai merenggang dan menjadi transparan dari yang awalnya padat dan buram. Selagi alam semesta berekspansi dan terus merenggang, materi yang dikandungnya tidak terdistribusi secara merata. 

Terdapat wilayah-wilayah di alam semesta dimana kerapatan materi lebih besar dibandingkan dengan wilayah lainnya. Gaya gravitasi menyebabkan materi di wilayah ini terkumpul. Dan materi pada wilayah yang kurang rapat tertarik ke wilayah yang lebih rapat.

Karena tidak adanya sumber cahaya tampak seperti bintang, era ini juga disebut sebagai Zaman Kegelapan Semesta (Cosmic Dark Age).

Radiasi foton yang awalnya berenergi tinggi semakin melemah seiring dengan ekspansi alam semesta. Ruang yang semakin mengembang menyebabkan radiasi foton (berupa gelombang elektromagnetik) yang juga menjalar dalam ruang vakum mengalami ingsutan merah (red-shifted).

Ingsutan merah menyebabkan menurunnya frekuensi dan bertambahnya panjang gelombang. Dan pada akhirnya gelombang dari radiasi foton ini bergeser ke spektrum gelombang mikro.

Inilah yang kemudian disebut sebagai Cosmic Microwave Background Radiation (CMBR). CMBR pertama kali ditemukan secara tak sengaja oleh Arno Penzias dan Robert Wilson pada tahun 1964. 

Cosmic Microwave Background Dilihat Dari Satelit Planck
Sumber : European Space Agency
Lisensi : Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International

Era Bintang (Stelliferous Era)

Belangsung dari 150 juta tahun sejak big bang hingga saat ini. Pada awal era ini,  materi (berupa gas hidrogen dan helium) yang berada pada wilayah yang lebih rapat terkumpul di berbagai titik akibat gravitasi, saling begesekan dan memanas.

Atom-atom hidrogen dan helium mengalami Reionisasi, yaitu pelepasan elektron dari inti atom. Karena tekanan akibat gravitasi, inti-inti atom ini akan mengalami reaksi fusi yang membentuk inti yang lebih berat. Inilah awal mula bintang mulai terbentuk.

Pada periode reionisasi ini bintang-bintang pertama terbentuk di seluruh penjuru semesta, berlangsung selama ratusan juta tahun.

Bintang-bintang yang terbentuk di wilayah yang bedekatan saling mengorbit akibat gravitasi kemudian secara gradual membentuk struktur berskala besar, yaitu galaksi.

Alam Semesta Saat Ini 

Alam semesta saat ini telah berumur 13,8 miliar tahun dan berada pada suhu 3 Kelvin. Sampai saat ini alam semesta masih terus berekspansi, bahkan sekarang diketahui bahwa laju ekspansi alam semesta dipercepat. 

Percepatan ini diakibatkan oleh keberadaan suatu bentuk energi yang tak diketahui, disebut dengan Energi Gelap (Dark Energy).

Ekspansi Dipercepat Alam Semesta
Sumber : science.nasa.gov