Helium Primordial dan Teori Big Bang

Pernahkah Anda berpikir dari mana kita berasal? Bagaimana alam semesta dibentuk? Kapan sejarah alam semesta ini dimulai? Sebenarnya manusia telah membuat pertanyaan-pertanyaan ini sejak dahulu. Selama kita masih mampu berpikir, kita mencari jawaban dan memberikannya melalui metode ilmiah.

Pada tahun 1940 fisikawan Rusia-Amerika George Gamow membuat hipotesis bahwa alam semesta ini meledak yang terjadi miliaran tahun yang lalu dalam sebuah ledakan raksasa, atau yang dikenal dengan Big Bang. Pada saat-saat awal, alam semesta menempati volume kecil dan tak terbayangkan panasnya. Bola api terik radiasi bercampur dengan partikel mikroskopis dari materi secara bertahap mendingin sehingga cukup untuk atom-atom terbentuk. Di bawah pengaruh gravitasi, atom-atom ini mengelompok bersama-sama untuk membuat miliaran galaksi termasuk galaksi Bima Sakti.

Ide Gamow menarik dan sangat provokatif. Telah diuji secara eksperimental dalam beberapa cara. Pertama, pengukuran menunjukkan bahwa alam semesta berkembang; yaitu bahwa semua galaksi bergerak saling menjauh satu sama lain pada kecepatan tinggi. Fakta ini konsisten dengan kelahiran ledakan alam semesta. Dengan membayangkan perluasan berjalan mundur, seperti film secara terbalik, para astronom telah menyimpulkan bahwa alam semesta lahir atau terbentuk sekitar 13 miliar tahun yang lalu bahkan mungkin lebih. Pengamatan kedua yang mendukung hipotesis Gamow adalah deteksi radiasi kosmik. Selama miliaran tahun, alam semesta merupakan lautan panas yang kemudian telah mendingin sampai 3000°C (atau sekitar 2.270°C). Pada suhu ini, sebagian besar energi berada di wilayah microwave. Karena Big Bang terjadi secara serentak di seluruh volume kecil tersebut, alam semesta terbentuk, radiasi yang dihasilkan harus mengisi seluruh alam semesta. Dengan demikian, radiasi harus sama di setiap arah yang kita amati. Memang, arah sinyal microwave dicatat oleh para astronom secara independen.

Bagian ketiga dari bukti yang mendukung hipotesis Gamow adalah penemuan helium primordial. Para ilmuwan percaya bahwa helium dan hidrogen (unsur-unsur ringan) adalah unsur pertama yang dibentuk pada tahap awal evolusi kosmik (unsur-unsur yang lebih berat, seperti karbon, nitrogen, dan oksigen, yang diperkirakan berasal kemudian melalui reaksi inti yang melibatkan hidrogen dan helium di pusat bintang). Jika demikian, gas-gas berasal dari hidrogen dan helium dan menyebar menjadi alam semesta awal sebelum banyak galaksi terbentuk. Pada tahun 1995, astronom menganalisis sinar ultraviolet dari quasar yang jauh (sumber yang kuat dari gelombang cahaya dan radio yang dianggap sebuah galaksi yang meledak di tepi alam semesta) dan menemukan bahwa beberapa cahaya diserap oleh atom helium di jalan melalui bumi. Karena quasar tertentu ini adalah lebih dari 10 miliar tahun cahaya jaraknya dari bumi (satu tahun cahaya adalah jarak yang ditempuh oleh cahaya dalam satu tahun), cahaya yang mencapai bumi mengungkapkan peristiwa yang terjadi 10 miliar tahun yang lalu. Mengapa tidak hidrogen lebih berlimpah yang terdeteksi? Sebuah atom hidrogen hanya memiliki satu elektron, yang dilucuti oleh cahaya dari quasar dalam proses yang dikenal sebagai ionisasi. Atom hidrogen terionisasi tidak dapat menyerap cahaya quasar ini. Sebuah atom helium, di sisi lain, memiliki dua elektron. Radiasi dapat melucuti atom helium satu elektron, tetapi tidak selalu baik, atom helium terionisasi tunggal masih bisa menyerap cahaya dan karena itu dapat terdeteksi.

Para pendukung penjelasan Gamow ini bersukacita ketika terdeteksi helium dari pelosok alam semesta. Dalam pengakuan semua bukti yang mendukung, para ilmuwan sekarang mengacu pada hipotesis Gamow sebagai teori Big Bang yaitu asal usul terbentuknya alam semesta.