Bukankah objek yang sangat jauh seharusnya tampak diperbesar?
(astronomy.stackexchange.com)- Dalam ekspansi alam semesta, objek tidak selalu tampak makin kecil saat jaraknya makin jauh; setelah melewati titik tertentu, karena titik balik jarak diameter sudut, objek bisa tampak lebih besar lagi
- Dalam model standar ΛCDM, titik baliknya berada di sekitar pergeseran merah 1,5, jarak sekitar 15 miliar tahun cahaya, dan waktu tempuh cahaya sekitar 10 miliar tahun
- Galaksi pada sekitar 400 juta tahun setelah Big Bang berada pada jarak sekarang sekitar 32 miliar tahun cahaya, tetapi ukuran tampaknya bisa mirip dengan galaksi yang berjarak sekitar 2,7 miliar tahun cahaya
- Ini bisa dipahami sebagai: galaksi dekat tampak besar dan terang, galaksi yang lebih jauh tampak makin kecil, lalu galaksi yang sangat jauh tampak kembali besar, redup, dan merah
- Jarak-jarak ini adalah nilai pembulatan yang sensitif terhadap parameter ekspansi alam semesta, dan contoh perhitungannya didasarkan pada kalkulator Ned Wright
Titik balik jarak diameter sudut
- Berangkat dari pertanyaan apakah objek yang sangat jauh seharusnya tampak diperbesar jika ruang itu sendiri mengembang
- Sebagai contoh, ditampilkan galaksi dari sekitar 400 juta tahun setelah Big Bang yang diamati oleh JWST
- Juga dibahas apakah efek ini hanya terlihat di luar cakrawala yang dapat diamati, dan seberapa berbeda skala ruang saat itu dibandingkan sekarang
Titik acuan dalam ΛCDM standar
- Dalam model ekspansi alam semesta, fenomena ini memang mungkin terjadi dan disebut Angular diameter distance turnaround atau turnover
- Dalam model ΛCDM yang umum, titik baliknya kira-kira berada pada rentang berikut
- pergeseran merah sekitar 1,5
- jarak sekitar 15 miliar tahun cahaya
- waktu tempuh cahaya sekitar 10 miliar tahun
- sekitar 4 miliar tahun setelah Big Bang
- Jarak tersebut lebih besar daripada jarak yang diperoleh dari konversi sederhana berdasarkan waktu tempuh cahaya saja karena pengaruh ekspansi ruang
- Angka-angka ini sensitif terhadap parameter ekspansi alam semesta sehingga sebaiknya dipahami sebagai nilai pembulatan
Contoh galaksi awal JWST
- Galaksi pada sekitar 400 juta tahun setelah Big Bang setara dengan jarak sekarang sekitar 32 miliar tahun cahaya
- Jika dilihat hanya dari ukuran tampaknya, galaksi ini bisa terlihat mirip dengan galaksi yang berjarak sekitar 2,7 miliar tahun cahaya
- Nilai perhitungan ini digunakan sebagai contoh dari kalkulator Ned Wright
Materi yang membantu pemahaman visual
- xkcd 2622 adalah contoh yang menunjukkan fenomena ini dalam bentuk gambar
- Dalam gambar tersebut, “galaksi” yang dekat tampak besar dan terang, galaksi yang lebih jauh tampak kecil, dan galaksi yang sangat jauh tampak besar, redup, dan merah
- Penjelasan yang lebih rinci dapat dilihat di Understanding The Turnover Point of Angular Diameter Distance
- Diagram dalam jawaban Can the difference between a star and a galaxy which are point sources be detected? di forum yang sama juga membantu untuk memahami fenomena ini
1 komentar
Opini Hacker News
Makalah edukatif berjudul "Expanding Confusion" (2003) [0]https://arxiv.org/pdf/astro-ph/0310808.pdf adalah klasik untuk topik ini dan layak dibaca.
Mencoba menampung sekaligus alam semesta yang mengembang dipercepat relatif terhadap benda [1]https://bigthink.com/starts-with-a-bang/universe-expansion-n... dan kecepatan cahaya yang tetap serta terbatas dalam gambaran mental Euklides bisa bikin pusing.
Perlu siap menikmati proses menggambar diagram dan susah payah mendapatkan kesimpulan yang berlawanan dengan intuisi dengan tangan sendiri.
Ini mengingatkan pada: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Terrell_rotation
Jika bergerak dengan kecepatan relativistik, meski sebenarnya sedang bergerak lurus, bagi pengamat benda itu tampak seperti berotasi, bahkan bagian belakang benda pun bisa terlihat.
Penyebabnya adalah perbedaan waktu yang dibutuhkan cahaya dari bagian-bagian berbeda pada benda untuk mencapai pengamat.
Cahaya dari sisi yang lebih jauh membutuhkan waktu lebih lama, dan selama itu benda terus bergerak.
Jadi alasan bagian belakang benda terlihat adalah karena saat cahaya dari bagian belakang itu sedang bergerak, bagian belakang benda sudah bergeser keluar dari jalur cahaya tersebut.
Artinya, bentuk benda yang bergerak mendekati kecepatan cahaya bagi pengamat bukan tampak “tertekan” menjadi pipih, melainkan tampak seperti berotasi.
Apakah masuk akal melihat radiasi latar gelombang mikro kosmik sebagai batas dari fenomena ini?
Saya penasaran apakah bisa dipandang sebagai sisa Big Bang yang diperbesar semaksimal mungkin dan mengalami pergeseran merah sejauh yang dimungkinkan hari ini.
Dalam alternatif ini, momen ketika alam semesta menjadi transparan terhadap cahaya terjadi sedikit sebelum momen yang tampak pada radiasi latar, dan segala sesuatu yang “lebih jauh” dari itu terjadi di luar kerucut cahaya kita.
Dengan kata lain, itu adalah “elsewhere” dalam makna teknis (https://web.phys.ksu.edu/fascination/Interlude1.pdf).
Dalam alternatif ini, ekspansi alam semesta juga tampaknya bisa dijelaskan sebagai tarikan gravitasi antara materi di luar kerucut cahaya kita dan materi di dalamnya.
Mungkin ada argumen mengapa bukan ini penjelasannya, tetapi saya tidak begitu tahu.
Perlu penjelasan mengapa harus tepat pada titik sejarah itu.
Apakah jarak maksimumnya konstan, dan ketika titik “masa lalu terjauh” bergeser maju dalam waktu, radiasi latar gelombang mikro kosmik berubah secara halus dengan cara yang belum kita sadari?
Atau mungkin karena suatu alasan kecepatan cahaya berubah pada titik itu, sehingga sisa alam semesta terpotong dari pandangan kita.
Bagus. Ada topik-topik yang kita dengar di kelas lalu kita lewatkan begitu saja tanpa banyak berpikir, dan kita tidak sadar betapa memusingkannya sampai seseorang berhenti sejenak dan berkata, “tunggu dulu”.
Interpretasi vektor Poynting juga salah satu contohnya.
Mari melangkah lebih jauh. Dengan asumsi teleskop cukup besar dan sensornya cukup sensitif, seperti apa struktur alam semesta terdalam akan terlihat?
Apakah ada struktur sebelum galaksi terbentuk, yang lebih kecil dari galaksi tetapi menempati area sangat besar di langit?
Apakah struktur pada suatu masa lampau menempati area langit yang begitu besar sehingga hanya beberapa saja yang bisa “muat”, dan jika ya, bisakah alasannya secara kalkulasi dijelaskan secara ekuivalen sebagai karena wilayah alam semesta yang dapat kita amati saat itu jauh lebih kecil?
Foto aslinya mudah ditemukan.
Masalahnya, meskipun ini adalah foton tertua yang bisa kita lihat, foton itu tetap berasal dari saat usia alam semesta sekitar 400 ribu tahun, dan lebar alam semesta saat itu sekitar 100 juta tahun cahaya.
Foto itu menunjukkan bahwa alam semesta hampir sepenuhnya homogen, dan struktur seperti yang ditanyakan pada dasarnya tidak ada.
Untuk melihat lebih jauh, kita harus sepenuhnya meninggalkan foton dan mungkin menelusuri alam semesta paling awal dengan gelombang gravitasi.
Gelombang gravitasi seharusnya bisa memperlihatkan alam semesta yang sebelumnya sepenuhnya buram.
Saat ini, dengan observatorium gelombang gravitasi, kita hanya bisa “melihat/mendengar” peristiwa-peristiwa paling terang dan paling bising di alam semesta, tetapi fakta bahwa itu mungkin saja sudah menakjubkan.
Umat manusia seakan menciptakan indra baru yang tidak dimiliki makhluk hidup mana pun yang kita ketahui, dan proyek LISA akan bisa mendengar lebih banyak lagi.
Menarik. Ada pertanyaan terkait. Saat melihat Andromeda yang berdiameter 220 ribu tahun cahaya, kita melihatnya agak dari samping.
Karena galaksi itu bergerak relatif terhadap kita selama 220 ribu tahun cahaya tersebut, bukankah bintang-bintang di tepi belakang seharusnya berada pada posisi yang relatif berbeda di langit dibanding bintang-bintang di tepi depan?
Hal yang selalu mengganggu saat mengamati benda jauh seperti ini adalah delay waktu.
Jika cahaya butuh 4 tahun cahaya untuk bergerak satu arah, itu berdasarkan kerangka pengamat di titik awal; dari sudut pandang foton yang kita amati, bukankah jauh lebih singkat dari 4 tahun? Apakah “tahun” bahkan bisa dipakai untuk membicarakannya?
Jadi saat melihat Alpha Centauri dengan teleskop, apakah benar kita sedang melihat Alpha Centauri 4 tahun yang lalu? Bukankah itu jauh lebih baru?
Atau jika seseorang berusia 30 tahun bergerak dari Alpha Centauri ke Bumi dengan kecepatan cahaya, apakah ketika tiba usianya kira-kira 31 tahun, tiba 4 tahun kemudian, dan pada dasarnya melakukan perjalanan waktu ke masa depan? Jika langsung kembali, apakah orang-orang Alpha Centauri akan bertemu orang berusia sekitar 32 tahun yang kembali 8 tahun kemudian?
Kalau begitu, gagasan Superman untuk melakukan perjalanan waktu dengan terbang sangat cepat mengelilingi Bumi mungkin benar, hanya saja arahnya ke masa depan, bukan ke masa lalu.
Suatu hari mungkin ada miliarder yang mencoba melompat sekitar satu abad dengan berputar sangat cepat mengelilingi Tata Surya selama puluhan tahun.
Foton yang bergerak antara Alpha Centauri dan Bumi tidak mengalami waktu, jadi secara efektif tiba seketika.
Namun kita sebagai pengamat melihat perjalanan itu memakan waktu 4 tahun.
Apakah itu baru atau tidak adalah persoalan relatif, jadi tidak terlalu bermakna.
Dari sudut pandang foton itu baru, dari sudut pandang kita cahaya itu berumur 4 tahun.
Kalau begitu benda seperti itu sepertinya akan lebih sulit dideteksi. Karena cahayanya menyebar ke area yang lebih luas, jumlah cahaya yang mengenai tiap piksel detektor menjadi lebih sedikit dibanding jika tidak diperbesar.
Sebaliknya, ini juga berarti kita bisa melihat struktur detail yang sebelumnya tidak akan terlihat.
Ini cukup mengejutkan. xkcd yang ditautkan menunjukkan efek ini dengan sangat baik, mungkin bahkan secara berlebihan.
Benda di cermin bisa jadi lebih jauh daripada kelihatannya.
Coba naikkan brightness dan zoom.