Banyak cara yang berbeda satu sama lain digunakan untuk menjelaskan berapa umur semesta, dan walaupun berbagai metodologi itu dilakukan secara terpisah, tetapi memberikan gambaran yang berkesesuaian satu sama lain untuk menjelaskan umur semesta ini secara obyektif. Demikian dibawah ini akan diperkenalkan beberapa jalinan metode tersebut.
Umur Alam Semesta Yang Mengembang
Model alam semesta setelah ledakan besar. Kredit : NASA/WMAP Science Team
Jarak galaksi dapat ditentukan dari ukuran yang tampak atau kecerlangannya. Galaksi yang tampak lebih kecil dan lebih redup dari galaksi lain yang serupa, berarti berjarak lebih jauh. Jarak juga bisa ditentukan menggunakan penanda jarak yang lain, seperti beberapa jenis bintang. Selain jarak, laju galaksi bergerak bisa dtentukan dengan pengetahuan spektrum-nya. (Spektrum cahaya dari galaksi adalah apabila kita memecah cahaya menjadi komponen warna-nya seperti pelangi). Dengan pengetahuan spektrum cahaya bisa memberikan identitas obyek apa yang diamati, maupun bagaimana obyek diamati bergerak, karena setiap spektrum obyek yang berbeda memberikan pola yang unik.
Christian Doppler di tahun 1842 menunjukkan bahwa ketika sumber cahaya bergerak, gerakan tersebut menyebabkan mengubah gelombang, mengubah warna yang dilihat pada spektrum. Efek ini dikenal sebagai efek Doppler. Pengetahuan tentang efek Doppler ini memberitahu kita apakah suatu sumber cahaya mendekati atau menjauhi kita. Dari sini kita bisa mengetahui bagaimana benda-benda langit bergerak terhadap kita sebagai pengamat di Bumi, dan berapa cepat pergerakannya.
Di tahun 1920-an, Edwin Hubble menemukan bahwa galaksi – galaksi bergerak terhadap kita dengan pola tertentu. Semakin jauh galaksi dari kita, semakin cepat pergerakannya. Pola ini yang dikenal sebagai “alam semesta mengembang”, karena pola perilaku ini terlihat pada semua arah di langit. Jadi bisa saja dianggap bahwa semua galaksi bergerak menjauhi galaksi Bima Sakti, tetapi tidak bisa dikatakan begitu saja bahwa Bima Sakti sebagai pusat semesta, karena pola yang sama bisa saja teramati oleh pengamat yang berada di galaksi yang lain. Jadi tidak serta merta disimpulkan dari pekerjaan Hubble bahwa kita berada pada pusat semesta atau kita berada pada posisi yang istimewa dalam semesta.
Kembali pada pengukuran pergeseran cahaya yang teramati, ahli astronomi mencoba mengukur berapa lama pengembangan telah terjadi. Jika diasumsikan bahwa semua galaksi berangkat dari titik awal yang sama, maka bisa dideduksi, berapa jauh yang telah ditempuh suatu galaksi dan berapa kecepatan tempuhnya, kemudian membagi jarak terhadap laju. Dengan menambahkan faktor – faktor fisis yang realistis seperti adanya pengaruh gravitasi, atau adanya inflasi alam semesta, umur semesta diperoleh antara 12 sampai 14 milyar tahun.
Umur Bintang Paling Tua
Bagaimana bintang bisa menyala? Bagaimana menentukan umurnya? Berapa lama bintang dapat menyala? Bintang (termasuk Matahari) dapat bersinar karena adanya proses termonuklir di dalamnya, yang berfungsi sebagai generator pembangkit energi, akibat perubahan hidrogen menjadi helium; akibat panas dan tekanan yang sangat intens dalam inti bintang, inti hidrogen ber-fusi menjadi inti helium dan energi yang terpancarkan. Proses fisis ini bisa digunakan untuk mengukur umur bintang.
Bagaimana bintang bisa menyala? Bagaimana menentukan umurnya? Berapa lama bintang dapat menyala? Bintang (termasuk Matahari) dapat bersinar karena adanya proses termonuklir di dalamnya, yang berfungsi sebagai generator pembangkit energi, akibat perubahan hidrogen menjadi helium; akibat panas dan tekanan yang sangat intens dalam inti bintang, inti hidrogen ber-fusi menjadi inti helium dan energi yang terpancarkan. Proses fisis ini bisa digunakan untuk mengukur umur bintang.
Fisika nuklir bisa menjelaskan berapa banyak energi yang dihasilkan dari fusi setiap atom hidrogen. Diketahui berapa banyak hidrogen panas dalam inti bintang, dan berapa cepat bintang menggunakan energinya untuk bersinar. Dengan demikian bisa dihitung berapa lama bintang bersinar sebelum kehabisan seluruh bahan bakarnya. Jika bintang telah kehabisan hidrogen di intinya, bintang berubah menjadi ‘raksasa merah’. Ketika kita menemukan adanya bintang raksasa tersebut, bisa ditentukan massa awalnya, tenaga awalnya, dan kala hidupnya dapat ditentukan. Demikian setelah diukur berbagai bintang yang telah tua tersebut, diperoleh dari metode ini umur semesta berkisar antara 10 – 15 milyar tahun.
Umur Cahaya Dari Galaksi Terjauh
Sebagaimana yang telah diungkap tentang jarak dalam ‘tahun cahaya’, pengamatan memberikan informasi tentang galaksi yang sangat jauh, sehingga yang cahaya dikirimkan oleh galaksi tersebut butuh milyaran tahun untuk mencapai pengamat. Dari hal tersebut, sepertinya kita sedang menggunakan mesin waktu, ketika kita mengamati langit, kita mengamati peristiwa yang telah terjadi di waktu yang telah berlalu. Pengamatan dari Hubble Space Telescope memberikan jarak terjauh galaksi yang teramati mencapai 10 milyar tahun cahaya, dengan demikian paling tidak semesta kita ini telah berumur 10 milyar tahun.
Sebagaimana yang telah diungkap tentang jarak dalam ‘tahun cahaya’, pengamatan memberikan informasi tentang galaksi yang sangat jauh, sehingga yang cahaya dikirimkan oleh galaksi tersebut butuh milyaran tahun untuk mencapai pengamat. Dari hal tersebut, sepertinya kita sedang menggunakan mesin waktu, ketika kita mengamati langit, kita mengamati peristiwa yang telah terjadi di waktu yang telah berlalu. Pengamatan dari Hubble Space Telescope memberikan jarak terjauh galaksi yang teramati mencapai 10 milyar tahun cahaya, dengan demikian paling tidak semesta kita ini telah berumur 10 milyar tahun.
Umur Komposisi Kimia
Setelah ledakan besar awal (big bang), semesta tersusun dari elemen – elemen paling sederhana, yaitu hidrogen dan helium. Galaksi yang sangat-sangat jauh merupakan bukti bahwa hal ini memang demikian adanya, karena memiliki komposisi hidrogen dan helium yang jauh lebih besar. Komposisi kimia yang lebih kompleks dari hidrogen dan helium terbentuk kemudian akibat reaksi nuklir dalam inti bintang, atau ketika bintang yang sangat masif berakhir nasibnya dalam ledakan besar (supernova). Di dalam supernova yang teramati, terdapat elemen kimia yang terbentuk setelah 10-20 milyar tahun.
Setelah ledakan besar awal (big bang), semesta tersusun dari elemen – elemen paling sederhana, yaitu hidrogen dan helium. Galaksi yang sangat-sangat jauh merupakan bukti bahwa hal ini memang demikian adanya, karena memiliki komposisi hidrogen dan helium yang jauh lebih besar. Komposisi kimia yang lebih kompleks dari hidrogen dan helium terbentuk kemudian akibat reaksi nuklir dalam inti bintang, atau ketika bintang yang sangat masif berakhir nasibnya dalam ledakan besar (supernova). Di dalam supernova yang teramati, terdapat elemen kimia yang terbentuk setelah 10-20 milyar tahun.
Paling tidak ada empat metode yang saling independen dipergunakan untuk menentukan umur alam semesta, kendati tidak tepat sama, tetapi paling tidak menunjukkan adanya kesesuaian, umur semesta sudah lebih dari 10 milyar tahun. Dan semua astronom sependapat dan berkeyakinan, bahwa semesta, semua galaksi, bintang-bintang benar-benar sudah tua dan telah tercipta di suatu masa yang sangat lampau.
