Alam semesta yang mengembang

Hubble Deep Field tahun 1995 mencakup petak langit selebar sekitar 1/13 lebar Bulan purnama dan menemukan kira-kira 3000 galaksi di dalamnya.

Galaksi-galaksi saling menjauh

Ketika cahaya galaksi diuraikan menjadi spektrum, garis-garis gelap hidrogen, kalsium, dan unsur lain yang sudah dikenal tampak di dalamnya, tetapi pada hampir semua galaksi garis itu bergeser ke ujung merah. Pergeseran merah ini berarti galaksi bergerak menjauhi kita. NASA menjelaskan bahwa Hubble menghubungkan jarak galaksi, yang diukur dengan Cepheid, dengan pergeseran merah tersebut dan menemukan bahwa pergeserannya bertambah sebanding dengan jarak: galaksi yang dua kali lebih jauh menjauh dua kali lebih cepat. Dua tahun sebelum Hubble menerbitkan hasilnya, fisikawan Belgia Georges Lemaître telah menganalisis pengamatan Hubble dan Vesto Slipher serta menyimpulkan bahwa alam semesta mengembang. Hubungan ini kini disebut hukum Hubble-Lemaître.

Dalam bentuk rumus, kecepatan = H₀ × jarak. H₀, konstanta Hubble, diukur dalam kilometer per detik per megaparsek, dan satu megaparsek setara dengan 3.26 juta tahun cahaya. Dengan H₀ = 70, galaksi yang berjarak 100 megaparsek menjauh dengan kecepatan sekitar 7000 km/s. Ini bukan berarti galaksi terbang menembus ruang menjauhi kita secara khusus. Ruang itu sendiri meregang, sehingga setiap galaksi melihat galaksi lain menjauh, seperti kismis dalam roti yang mengembang saling menjauh. Galaksi terdekat dapat menyimpang dari pola ini: Andromeda, yang terikat dengan kita oleh gravitasi, justru mendekat.

Ketegangan Hubble

Menelusuri pemuaian secara terbalik menghasilkan usia alam semesta. Satu dibagi H₀ memiliki satuan waktu; untuk H₀ = 70, hasilnya sekitar 14 miliar tahun, mendekati 13.8 miliar tahun yang disebut NASA berdasarkan pemodelan saksama. Namun, dua kelompok pengukuran tidak sejalan. Pencocokan pola latar belakang gelombang mikro kosmis yang diukur satelit Planck ESA menghasilkan 67.4 ± 0.5 km/s per megaparsek. Pengukuran jarak langsung dengan Cepheid dan supernova Tipe Ia menggunakan Hubble menghasilkan sekitar 73. Selisihnya sekitar 8%, jauh lebih besar daripada galat yang dinyatakan masing-masing tim, dan tidak menghilang meskipun datanya makin baik. Para astronom menyebutnya ketegangan Hubble, dan ini mungkin mengarah pada fisika yang belum kita pahami.

Berapa banyak galaksi?

Pada 2016, tim yang dipimpin Christopher Conselice menggunakan survei Hubble dan survei lain, ditambah model galaksi yang terlalu redup untuk dilihat, lalu menyimpulkan bahwa jumlahnya setidaknya 10 kali lebih banyak, sekitar 2 triliun galaksi yang ada atau pernah ada di alam semesta teramati. Sebagian besar berukuran kecil dan sudah lama bergabung menjadi galaksi lebih besar. Penelitian 2021 menggunakan wahana New Horizons NASA, jauh dari silau Matahari, mengukur seberapa gelap ruang angkasa sebenarnya. NASA kemudian mengoreksi pengumumannya untuk menyatakan bahwa pengukuran itu membatasi jumlah total cahaya dari galaksi, bukan jumlah galaksinya. Jadi, ringkasan yang jujur adalah jumlahnya berkisar dari ratusan miliar hingga sekitar dua triliun, bergantung pada cara menghitung galaksi yang redup.