Terjemahan oleh: Wan Mohd Aimran Wan Mohd Kamil, Murtadza Bin Aznam
Perspektif Baharu Kedudukan Kita di Alam Semesta
Hadiah Nobel Fizik bagi tahun 2019 mengiktiraf penemuan yang telah membuka lembaran baru dalam kefahaman kita mengenai struktur alam semesta dan sejarah perkembangannya, selain penemuan planet pertama yang mengelilingi bintang mirip Suria di luar Sistem Suria kita. Para pemenang tahun ini telah membantu menjawab soalan utama mengenai asas kewujudan kita. Apakah yang telah berlaku apabila alam semesta mula-mula terbentuk dan apakah peristiwa-peristiwa yang berlaku setelah itu? Apakah mungkin terdapat planet yang mengelilingi bintang lain di luar sana?
James Peebles telah menjadikan keseluruhan alam semesta, dengan ribuan juta galaksi dan gugusan galaksi yang ada, sebagai objek penyelidikannya. Kerangka teori yang telah beliau kembangkan semenjak pertengahan 1960-an merupakan asas kepada kefahaman kita mengenai sejarah perkembangan alam semesta, sejak awal penciptaannya sehinggalah sekarang. Sumbangan Peebles telah membuahkan banyak penemuan-penemuan lain mengenai alam semesta kita, di mana semua jirim tampak hanya mewakili lima peratus daripada keseluruhan jirim dan tenaga yang wujud di alam semesta kita. Baki 95 peratus yang mengisi alam semesta kita masih tidak lagi diketahui identitinya. Ini adalah misteri dan cabaran dalam fizik moden.
Michel Mayor dan Didier Queloz telah menerokai galaksi kita iaitu galaksi Bima Sakti, untuk mencari alam yang belum dijumpai. Pada tahun 1995, mereka buat pertama kalinya telah menemui planet di luar Sistem Suria, iaitu sebuah eksoplanet, yang mengelilingi sebutir bintang mirip Suria. Penemuan mereka telah mencabar idea pada ketika itu mengenai dunia-dunia aneh ini, sekaligus mencetuskan revolusi dalam bidang astronomi. Penelitian terhadap 4,000 buah eksoplanet yang telah berjaya dikesan setakat ini mengejutkan para penyelidik kerana eksoplanet-eksoplanet yang dijumpai itu mempunyai pelbagai ciri dan kebanyakan ciri tersebut tidak sama langsung dengan Sistem Suria kita. Penemuan-penemuan ini telah mendorong para penyelidik untuk mengemukakan teori-teori baru berkenaan proses-proses fizikal yang boleh menerangkan kelahiran sesebuah planet.
Asal-usul Kosmologi Deguman Besar
Tempoh lima dekad yang lalu merupakan zaman kegemilangan bagi bidang kosmologi, iaitu kajian tentang penciptaan dan sejarah perkembangan alam semesta. Pada tahun 1960-an, satu lembaran baru telah dibuka di mana bidang kosmologi telah berubah sifatnya daripada satu bentuk spekulasi menjadi satu lapangan sains. Tokoh penting dalam perubahan ini ialah James Peebles, di mana penemuan beliau telah mengangkat darjat bidang kosmologi menjadi satu cabang sains yang sah, selain memperkayakan bidang tersebut. Buku pertama beliau, Physical Cosmology (1971), telah mendorong generasi baru ahli fizik untuk menyumbang kepada perkembangan bidang kosmologi, sama ada dalam bentuk teori atau empirik menerusi cerapan dan pengukuran. Sains telah tampil sebagai satu-satunya cabang ilmu pengetahuan yang mampu menjawab persoalan-persoalan abadi tentang asal-usul penciptaan dan nasib akhir kita. Bidang kosmologi telah dibebaskan daripada belenggu konsep-konsep yang subjektif seperti kepercayaan dan makna. Hal ini selari dengan kata-kata Albert Einstein pada awal abad yang lalu, iaitu tentang betapa ajaibnya manusia mampu memahami tabii alam semesta.
Kisah alam semesta kita, iaitu sebuah naratif saintifik tentang evolusi alam semesta, hanya diketahui semenjak seratus tahun yang lalu. Sebelum ini, alam semesta telah dianggap sebagai pegun dan abadi, tetapi pada tahun 1920-an, ahli astronomi memerhatikan bahawa kesemua galaksi sedang bergerak menjauhi galaksi kita serta sesama galaksi lain. Alam semesta kita sedang mengembang. Kita kini tahu bahawa keadaan alam semesta pada hari ini adalah berbeza dengan keadaannya semalam dan akan berbeza dengan keadaan alam semesta esok.
Apa yang telah diperhatikan oleh ahli astronomi berkenaan pergerakan galaksi-galaksi di alam semesta telahpun diramalkan oleh Teori Kerelatifan Umum yang diusulkan oleh Albert Einstein pada tahun 1916, yang sekarang menjadi asas kepada semua pengiraan berskala besar berkenaan alam semesta. Apabila Einstein mendapati bahawa teori beliau menjurus kepada kesimpulan bahawa ruang alam semesta sedang mengembang, beliau telah memasukkan satu pemalar kepada persamaannya (pemalar ini dikenali sebagai pemalar kosmologi) yang akan mengimbangi kesan daya tarikan graviti, lalu mengakibatkan alam semesta kekal pegun. Lebih sedekad kemudian, sebaik sahaja pengembangan alam semesta dibuktikan, pemalar kosmologi ini tidak lagi diperlukan. Einstein menganggap pemalar tersebut sebagai kesilapan terbesar dalam hidupnya. Tanpa beliau sedari, pemalar kosmologi tersebut akan kembali memunculkan dirinya dalam bidang kosmologi pada tahun 1980-an, menerusi sumbangan yang dibuat oleh James Peebles.
Sinar Pertama Alam Semesta Mendedahkan Segalanya
Berkembangnya alam semesta ini bermakna bahawa pada masa dahulu ia pernah berkeadaan lebih padat dan lebih panas. Pada pertengahan abad ke-20, idea tentang kelahiran alam semesta ini dinamakan Deguman Besar. Tiada siapa tahu apa yang sebenarnya berlaku pada detik-detik terawal pembentukan alam semesta, namun alam semesta pada usia awalnya hanya dipenuhi dengan longgokan zarah-zarah ringan dan foton yang padat, kelam dan bertenaga tinggi.
Proses pengembangan alam semesta mengambil masa sekitar 400,000 tahun untuk menurunkan suhu rojak purba ini sebanyak beberapa ribu darjah Celcius. Zarah-zarah yang sebelum ini wujud berasing-asingan kini dapat bergabung untuk membentuk gas-gas lutsinar, yang khususnya terdiri daripada atom-atom hidrogen dan helium. Foton sudah mulai mampu bergerak bebas dan cahaya dapat merambat ruang angkasa tanpa halangan. Sinaran cahaya purba ini masih lagi mengisi alam semesta kita pada masa kini. Pengembangan alam semesta telah meregangkan panjang gelombang sinaran cahaya purba ini sehingga menjadikan ia berada dalam julat gelombang mikro yang tidak dapat dilihat oleh mata kasar dan mempunyai panjang gelombang beberapa milimeter.
Sinaran cahaya purba yang berasal daripada proses kelahiran alam semesta ini telah dikesan secara tidak sengaja pada tahun 1964 oleh dua ahli astronomi radio Amerika yang juga merupakan penerima Hadiah Nobel Fizik pada tahun 1978 bernama Arno Penzias dan Robert Wilson. Mereka menghadapi kebuntuan untuk melenyapkan hingar yang dikesan oleh antena mereka dari serata pelusuk langit, justeru mereka cuba mencari penjelasan untuk kewujudan hingar tersebut dalam kerja-kerja para penyelidik lain, termasuklah James Peebles yang telah meramalkan secara teori tentang kewujudan sinaran latar yang dikesani datang dari serata pelusuk langit ini. Selepas hampir 14 ribu juta tahun, suhu sinaran ini telah menurun sehingga hampir dengan suhu sifar mutlak (-273 °C). Penemuan utama berlaku apabila Peebles menyedari bahawa suhu sinaran ini dapat membekalkan maklumat tentang jumlah kandungan jirim yang dicipta semasa Deguman Besar, selain memahami bahawa pelepasan cahaya ini memainkan peranan penting dalam proses penggumpalan jirim untuk membentuk galaksi-galaksi serta kelompok-kelompok galaksi yang kita lihat sekarang di angkasa.
Penemuan sinaran gelombang mikro ini menandakan kelahiran bidang kosmologi moden. Termaktub dalam sinaran purba yang berasal-usul sejak usia awal alam semesta ini adalah jawapan kepada banyak persoalan-persoalan yang bermain dalam fikiran ahli-ahli kosmologi. Berapakah usia alam semesta ini? Apakah nasib akhirnya pada masa akan datang? Berapa banyakkah jumlah jirim dan tenaga yang wujud di dalamnya?
Ahli-ahli sains dapat menjejaki bekas-bekas detik awal permulaan alam semesta pada teja Deguman Besar ini, yakni variasi-variasi halus pada gelombang bunyi yang merambat melalui rojak purba tersebut. Tanpa variasi-variasi halus ini, alam semesta kita akan menyejuk daripada satu bebola api yang panas kepada satu ruang kosong yang sejuk dan seragam dari segi sifatnya. Kita semua maklum bahawa alam semesta kita bukan sebegini rupa dan sifatnya, bahkan ianya penuh dengan galaksi dan sering berkelompok. Sinaran latar ini tampak sekata sebagaimana permukaan lautan tampak rata jika dilihat dari jauh. Sepertimana riak-riak laut hanya kelihatan sekiranya kita meneliti permukaan lautan secara dekat, maka variasi-variasi halus pada sinaran latar boleh menonjolkan maklumat berharga tentang alam semesta ketika ia masih muda.
Kali demi kali, James Peebles telah menerajui pelbagai usaha menggali dan menafsir kesan-kesan purba daripada babak-babak awal sejarah alam semesta. Ahli-ahli kosmologi telah berjaya meramalkan dengan amat tepat sekali kewujudan variasi-variasi yang berbekas pada sinaran latar ini serta menunjukkan bagaimana variasi-variasi ini mempengaruhi taburan jirim dan tenaga di alam semesta.
Kejayaan pertama dalam pengesanan variasi-variasi pada sinaran latar ini berlaku pada bulan April 1992, apabila ketua penyelidik projek satelit COBE milik Amerika Syarikat membentangkan gambar sinar cahaya pertama di alam semesta (Hadiah Nobel Fizik 2006 yang dianugerahkan kepada John Mather dan George Smoot). Satelit-satelit lain seperti satelit WMAP milik Amerika Syarikat dan satelit Planck milik Eropah, telah memperolehi gambar yang lebih jelas dan terperinci. Tepat seperti yang telah diramalkan, suhu sinaran latar yang tampak sekata itu terbukti mengandungi variasi suhu sekecil satu perseratus ribu darjah Kelvin. Ramalan teori tentang isi kandungan jirim dan tenaga di alam semesta telah disahkan dengan tahap kejituan yang semakin tinggi dan didapati bahawa hampir 95% daripada isi kandungan alam semesta tersembunyi daripada pemerhatian kita.
Jirim Gelap dan Tenaga Gelap: Misteri Terbesar Kosmologi
Sejak tahun 1930-an, kita telah menyedari bahawa alam semesta tidak terbatas kepada apa yang mampu kita lihat semata-mata. Pengukuran halaju putaran galaksi menunjukkan bahawa galaksi tersebut seharusnya diikat oleh daya graviti yang berpunca daripada jirim yang tidak bersinar, justeru tidak dapat dilihat. Tanpa daya graviti tambahan yang berpunca daripada jirim yang tidak terlihat ini, galaksi tersebut akan hancur bersepai. Jirim yang tidak terlihat ini, yang kita gelarkan sebagai jirim gelap, disangka telah memainkan peranan penting dalam pembentukan galaksi pada babak awal penciptaan alam semesta lama sebelum rojak purba yang mengisi alam semesta pada ketika itu menjadi lutsinar lalu membenarkan foton bergerak tanpa halangan menerusi angkasa lepas.
Identiti sebenar jirim gelap merupakan salah satu misteri terbesar dalam bidang kosmologi. Sebelum ini, ahli-ahli sains mempercayai bahawa zarah neutrino tergolong sebagai jirim gelap, tetapi zarah-zarah neutrino yang merentasi ruang angkasa lepas pada kelajuan menghampiri laju cahaya ini didapati terlalu ringan dan lincah untuk menarik jirim supaya menggumpal sesama sendiri. Sebaliknya, pada tahun 1982, Peebles telah mencadangkan zarah-zarah yang lebih berat dan lebih perlahan gerakannya serta bersuhu rendah yang dinamakan jirim gelap sejuk sebagai calon pengganti. Kita masih lagi mencari zarah-zarah yang memiliki ciri-ciri tersebut, namun jirim gelap sejuk ini, yang membentuk 26 peratus daripada isi alam semesta, sangat jarang berinteraksi dengan jirim biasa yang sudahpun diketahui.
Menurut Teori Kerelatifan Umum Einstein, rupabentuk ruang angkasa saling berkait dengan graviti, iaitu semakin banyak jisim dan tenaga yang mengisi alam semesta, semakin melengkung ruang angkasa tersebut. Sekiranya jumlah jisim dan tenaga yang mengisi alam semesta mencecah suatu nilai genting, maka alam semesta tidak akan mempamerkan kelengkungan langsung. Di dalam alam semesta yang berupabentuk sedemikian, dua garisan selari tidak akan sesekali bersilang dengan satu sama lain dan alam semesta sebegini digelar sebagai alam semesta rata. Dua alternatif lagi untuk rupabentuk alam semesta adalah alam semesta terbuka, di mana dua garisan selari lambat-laun menjauhi satu sama lain atau mencapah, dan alam semesta tertutup, di mana dua garisan selari lambat-laun mendekati satu sama lain atau menumpu. Alam semesta terbuka melambangkan sebuah alam semesta yang kekurangan jumlah jirimnya, manakala alam semesta tertutup melambangkan sebuah alam semesta yang berlebihan jumlah jirimnya.
Hasil daripada pengukuran sinaran latar kosmik selain ramalan teori telah memberikan jawapan yang jelas, iaitu alam semesta kita merupakan alam semesta rata. Walaubagaimanapun, jumlah jirim yang mengisi alam semesta hanya membentuk 31 peratus daripada jumlah yang diperlukan untuk mencapai nilai genting, yang mana 5 peratus terbentuk daripada jirim biasa manakala baki 26 peratus adalah jirim gelap. Selebihnya, iaitu sebanyak 69 peratus, tidak dapat dikesan. James Peebles sekali lagi mencadangkan sebuah penyelesaian yang menggemparkan. Pada tahun 1984, beliau memperkenalkan semula pemalar kosmologi Einstein yang mewakili tenaga ruang hampa. Tenaga ini telah dinamakan tenaga gelap dan memenuhi 69 peratus isi alam semesta. Kewujudan ketiga-tiga jirim biasa, jirim gelap dan tenaga gelap ini ternyata mampu menyokong kesimpulan bahawa alam semesta yang kita diami merupakan alam semesta rata.
Selama 14 tahun, tenaga gelap hanya kekal sebagai satu tekaan semata-mata sehinggalah ahli sains mendapati bahawa kadar pengembangan alam semesta semakin memecut (Hadiah Nobel Fizik 2011 yang dianugerahkan kepada Saul Perlmutter, Brian Schmidt dan Adam Riess). Kadar pengembangan alam semesta yang semakin memecut ini mesti diakibatkan oleh sesuatu selain jirim yang mengisi alam semesta, maka mestilah wujudnya sejenis tenaga iaitu tenaga gelap yang sedang mengembangkan alam semesta. Tenaga gelap yang asalnya hanyalah tokok tambah kepada teori sedia ada kini telah menjadi sesuatu kenyataan yang boleh diperhatikan kesannya.
Kedua-dua jirim gelap dan tenaga gelap adalah antara misteri terbesar dalam bidang kosmologi. Kewujudan kedua-duanya hanya boleh dikenalpasti menerusi kesan pengaruhnya ke atas jasad-jasad sekitarnya – satu bertindak untuk menarik, manakala satu lagi bertindak untuk menolak. Selain daripada itu, tidak banyak yang kita ketahui mengenai jirim gelap dan tenaga gelap. Apakah rahsia-rahsia lain yang tersirat pada sisi gelap alam semesta ini? Apakah konsep dan teori fizik baru yang mentadbirnya? Apa lagi yang akan kita temui dalam usaha kita untuk membongkar rahsia-rahsia angkasa lepas?
Planet Pertama Mengorbit Bintang Lain
Ahli kosmologi kini bersetuju bahawa model Deguman Besar menghuraikan apa yang sebenarnya berlaku tentang asal-usul dan sejarah perkembangan alam semesta, meskipun hanya lima peratus sahaja daripada jumlah keseluruhan jirim dan tenaga yang telah dikenalpasti setakat ini. Jirim yang sedikit ini telah bergabung dan membentuk segala apa yang kita lihat sekarang di sekeliling kita iaitu bintang, planet, tumbuhan dan manusia. Adakah hanya kita berseorangan menatap ruang angkasa? Adakah terdapat hidupan lain di planet lain yang mengelilingi bintang lain? Tiada siapa yang tahu. Namun, kini kita mengetahui bahawa Matahari bukanlah satu-satunya bintang yang mempunyai planet. Terdapat beberapa ratus juta bintang lain dalam galaksi Bima Sakti ini yang juga ditemani planetnya tersendiri. Ahli astronomi kini telah berjaya menemui lebih daripada 4,000 eksoplanet. Pelbagai alam baru telah ditemukan dan ianya sangat berbeza jika dibandingkan dengan Bumi. Penemuan eksoplanet yang pertama hampir tidak dipercayai kewujudannya kerana saiznya yang terlalu besar bagi jarak kedudukannya yang tersangat hampir dengan bintang induknya.
Michel Mayor dan Didier Queloz mengumumkan penemuan menggemparkan mereka itu di persidangan astronomi di Florence, Itali, pada 6 Oktober 1995. Ia adalah planet pertama yang terbukti beredar mengelilingi bintang mirip Suria. Planet ini dikenali sebagai 51 Pegasi b. Planet ini mengelilingi bintang induknya iaitu 51 Pegasi (sekitar 50 tahun cahaya dari Bumi) dengan sangat laju. Planet ini mengambil tempoh masa empat hari sahaja untuk melengkapkan orbitnya. Hal ini bermaksud ia berada pada jarak yang sangat dekat dengan bintang induknya iaitu sekitar 8 juta kilometer. Sinaran bintang induk itu memanaskan planet 51 Pegasi b sehingga mencecah suhu lebih daripada 1,000 ℃. Sebagai perbandingan, keadaan di Bumi jauh lebih mententeramkan kerana Bumi beredar mengelilingi Matahari selama setahun pada jarak 150 juta kilometer.
Penemuan planet 51 Pegasi b ini sangat menggemparkan kerana saiznya yang sangat besar setanding dengan planet terbesar di dalam Sistem Suria kita iaitu planet Musytari. Apabila dibandingkan dengan Bumi, isipadu planet Musytari adalah 1,300 kali ganda isipadu Bumi dan jisimnya adalah 300 kali ganda jisim Bumi. Menurut idea silam tentang proses pembentukan sesebuah planet, planet bersaiz Musytari sepatutnya terbentuk pada jarak yang jauh dari bintang induknya. Justeru, ia akan mengambil masa yang lama untuk beredar mengelilingi bintangnya. Misalnya, planet Musytari mengambil tempoh masa hampir 12 tahun untuk melengkapkan satu peredaran mengelilingi Matahari. Oleh itu, tempoh orbit 51 Pegasi b yang singkat merupakan sesuatu yang sungguh mengejutkan buat para pemburu eksoplanet. Selama ini, mereka rupanya telah mencari planet di rantau yang salah.
Hampir sejurus selepas penemuan ini, dua orang ahli astronomi Amerika, Paul Butler dan Geoffrey Marcy telah menghalakan teleskop mereka ke arah bintang 51 Pegasi b ini dan seterusnya berjaya membuktikan penemuan baru Mayor dan Queloz. Beberapa bulan kemudian, mereka menemui dua buah eksoplanet yang baru mengorbiti bintang mirip Suria yang lain. Tempoh orbit yang singkat ini sungguh berguna untuk ahli astronomi kerana mereka tidak perlu menunggu berbulan-bulan atau bertahun-tahun untuk memerhatikan satu orbit lengkap planet tersebut. Sekarang mereka dapat memerhatikan orbit lengkap planet ini berkali-kali dalam tempoh masa yang tidak terlalu lama.
Bagaimana eksoplanet ini boleh berada pada jarak yang sebegitu dekat dengan bintang induknya? Pertanyaan ini mencabar teori sedia ada mengenai proses pembentukan planet, lantas mendorong pengolahan teori-teori baru yang menerangkan bagaimana planet raksasa bergas terbentuk di perpinggiran sistem planet masing-masing kemudian menyusut secara berlingkar-lingkar ke arah bintang induknya.
Kemajuan Teknologi Membawa Kepada Penemuan-penemuan Terkini
Kaedah yang canggih diperlukan untuk menjejaki eksoplanet kerana planet tidak bersinar dengan cahayanya tersendiri, sebaliknya planet hanya memantulkan kembali cahaya yang menimpa ke atasnya daripada bintang induknya. Akan tetapi, pemantulan ini sangat lemah sehinggakan ia ditenggelami oleh silau cahaya bintang induknya. Kaedah yang digunakan oleh para penyelidik untuk menjejaki sesebuah planet dinamakan sebagai kaedah halaju jejarian. Kaedah ini mengira pergerakan bintang induk yang terpengaruh oleh pergerakan planet yang mengelilingnya. Apabila sebuah planet mengelilingi bintang induknya, bintang tersebut juga turut bergerak sedikit akibat daripada daya graviti planet ke atasnya. Planet dan bintang itu masing-masing beredar mengelilingi satu pusat graviti sepunya yang terletak di antara kedua-dua jasad tersebut. Jika dicerap dari Bumi, bintang tersebut kelihatan seakan-akan bergerak terhuyung-hayang mendekati dan menjauhi Bumi secara berselang-seli.
Kelajuan gerakan huyungan ini, iaitu halaju jejarian, boleh diukur menggunakan kaedah yang telah lazim diketahui, iaitu kesan Doppler. Kesan Doppler menyatakan bahawa sinaran cahaya daripada objek yang bergerak mendekati kita akan tampak lebih kebiruan, manakala objek yang bergerak menjauhi kita akan tampak lebih kemerahan. Ia adalah kesan yang sama yang kita dengari apabila frekuensi bunyi sebuah ambulans bertambah ketika ia bergerak ke arah kita dan frekuensi bunyi sebuah ambulans berkurang ketika ia berlalu pergi.
Justeru, gerakan planet mengelilingi bintang induknya mengakibatkan warna cahaya bintang berubah di antara kebiruan dan kemerahan secara bersilih-ganti. Perubahan warna atau panjang gelombang pada sinaran cahaya bintang inilah yang dapat dikesan oleh ahli astronomi menggunakan peralatan mereka. Perubahan warna sinaran cahaya bintang dapat ditentukan dengan mengukur panjang gelombang sinaran cahaya bintang tersebut, lalu halaju jejariannya dapat diukur.
Kaedah ini amatlah mencabar kerana nilai halaju jejarian adalah sangat rendah. Sebagai contoh, daya tarikan graviti planet Musytari menyebabkan Matahari terhuyung-hayang pada kadar kira-kira 12 meter sesaat di sekitar pusat graviti Sistem Suria. Bumi pula hanya menyumbang sebanyak 0.09 meter saat pada gerakan huyungan Matahari ini, sekaligus menuntut tahap kepekaan yang amat tinggi pada peralatan cerapan sekiranya planet mirip Bumi ingin dikesan suatu masa kelak. Untuk meningkatkan kejituan, ahli-ahli astronomi mengukur ribuan panjang gelombang pada sinaran cahaya bintang secara serentak. Sinaran cahaya bintang tersebut kemudiannya dicerakinkan kepada panjang gelombang berasingan menggunakan sebuah spektrograf yang berperanan penting dalam pengukuran ini.
Sewaktu Didier Queloz memulakan kerjayanya sebagai seorang penyelidik di University of Geneva pada awal 1990-an, Michel Mayor sudahpun menghabiskan masa beberapa tahun mengkaji pergerakan bintang-bintang, serta dalam masa yang sama, telah membina peralatan-peralatan khusus untuk tujuan tersebut dengan bantuan rakan-rakan penyelidik yang lain. Pada tahun 1977, Mayor sudah mampu memasang spektrograf pertamanya pada teleskop di Balai Cerap Haute-Provence yang terletak 100 km timur laut dari bandar Marseille. Alat ini mampu mengesan halaju jejarian serendah 300 meter sesaat tetapi angka ini masih terlalu tinggi untuk mengesan gerakan huyungan bintang induk yang ditarik oleh planet yang mengelilinginya.
Didier Queloz, yang masih bergelar pelajar Doktor Falsafah pada ketika itu, bersama-sama kumpulan penyelidik tersebut telah diminta untuk membangunkan suatu kaedah pengukuran baru yang lebih jitu. Mereka menggunakan pelbagai teknologi baru yang membolehkan mereka mencerap sejumlah bintang-bintang dengan lebih pantas dan menganalisis hasil cerapan dengan serta-merta. Gentian optik mampu menyalurkan cahaya bintang ke spektrograf tanpa mencacatkannya dan kepekaan spektrograf tersebut terhadap cahaya telah ditingkatkan menggunaan pengesan imej digital, atau CCD (Hadiah Nobel Fizik tahun 2009 yang dimenangi Charles Kao, Williard Boyle dan George Smith). Komputer-komputer yang lebih berkuasa membolehkan ahli sains membangunkan perisian khas untuk memproses imej digital dan data.
Apabila spektrograf baru berjaya disiapkan pada musim bunga tahun 1994, nilai halaju jejarian minimum yang dapat dikesan telah jatuh kepada 10 hingga 15 meter sesaat. Penemuan eksoplanet pertama semakin menjadi kenyataan. Pada waktu itu, pencarian eksoplanet bukanlah sesuatu yang popular dalam kalangan ahli astronomi, tetapi Mayor dan Queloz telah membuat keputusan untuk mengumumkan penemuan mereka. Mereka menghabiskan masa beberapa bulan memperhalusi hasil cerapan mereka. Akhirnya, pada bulan Oktober 1995, mereka telah bersedia untuk membentangkan penemuan eksoplanet pertama mereka kepada dunia.
Pelbagai Alam Baharu Ditemukan
Penemuan eksoplanet yang pertama yang mengelilingi bintang mirip Suria telah mencetuskan revolusi dalam bidang astronomi. Penemuan ini juga telah membuka jalan kepada penemuan beribu-ribu eksoplanet yang belum diketahui. Sistem planet yang baru kini bukan sahaja ditemui dengan menggunakan teleskop di permukaan bumi, tetapi juga dengan satelit di luar atmosfera bumi. Sebuah teleskop angkasa Amerika bernama TESS, kini sedang mengimbas lebih daripada 200,000 bintang yang terdekat dengan Sistem Suria demi mencari planet-planet mirip Bumi. Sebelum ini, teleskop angkasa Kepler telah menemui lebih daripada 2,300 eksoplanet.
Selain kaedah halaju jejarian, kaedah fotometri transit juga merupakan sebuah cara yang digunakan untuk mencari eksoplanet. Kaedah ini mengukur perubahan keamatan cahaya bintang induk apabila planet melintasi di hadapan bintang tersebut. Kaedah fotometri transit juga membolehkan ahli astronomi mencerap atmosfera eksoplanet apabila cahaya bintang induk menembusi lapisan atmosfera eksoplanet tersebut kemudian bergerak ke arah kita di Bumi. Adakalanya kedua-dua kaedah boleh digunakan; kaedah transit fotometri memberi maklumat tentang saiz eksoplanet tersebut, manakala jisimnya boleh ditentukan menggunakan kaedah halaju jejarian. Dengan ini, kita boleh mengira ketumpatan dan struktur eksoplanet tersebut.
Eksoplanet yang dijumpai setakat ini sungguh mengejutkan kerana planet-planet tersebut mempunyai pelbagai rupa, saiz, serta orbit. Penemuan ini telah mencabar kefahaman sedia ada berkenaan sistem planet dan telah mendesak para penyelidik agar menyemak semula teori-teori mereka tentang proses pembentukan planet. Dengan adanya berbagai-bagai projek yang dirancang untuk mencari dan mengesan eksoplanet, kita kelak mungkin dapat menjawab persoalan tentang kewujudan kehidupan lain di luar sana.
Para pemenang Hadiah Nobel Fizik pada tahun ini telah mengubah idea dan tanggapan kita mengenai alam semesta. Penemuan James Peeble telah menyumbang kepada kefahaman kita tentang bagaimana alam semesta berevolusi selepas Deguman Besar, manakala Michel Mayor dan Didier Queloz telah menerokai kawasan yang berhampiran dengan kejiranan kosmik kita untuk memburu eksoplanet-eksoplanet yang belum diketahui. Penemuan mereka telah mengubah idea kita tentang hakikat alam semesta buat selama-lamanya.
Bacaan Lanjut
Maklumat lanjut berkaitan hadiah-hadiah tahun ini serta penerangan ringkas sainsnya dalam Bahasa Inggeris boleh didapati di laman sesawang Akademi Sains Diraja Sweden, www.kva.se dan www.nobelprize.org. Di sana kalian boleh tonton rakaman sidang akhbar, Syarahan Nobel dan banyak lagi. Maklumat berkaitan pameran dan aktiviti berkaitan Hadiah Nobel dan Hadiah untuk Sains Ekonomi boleh didapati di www.nobelprizemuseum.se.
Pihak Akademi Sains Diraja Sweden telah menganugerahkan Hadiah Nobel Fizik pada tahun 2019
“untuk sumbangan-sumbangan terhadap kefahaman berkaitan evolusi alam semesta serta kedudukan Bumi di kosmos ini.”
Separuh hadiah diberikan kepada
James Peeble “untuk penemuan-penemuan bersifat teori tentang kosmologi fizis”
dan separuh lagi dikongsi oleh
Michel Mayor dan Didier Queloz “untuk penemuan suatu eksoplanet yang mengelilingi bintang mirip Suria”
Daftar Istilah
Bintang Induk = Host Star
Deguman Besar = The Big Bang
Eksoplanet = Exoplanet
Gentian Optik = Optical Fiber
Hingar = Noise (cahaya latar yang mengganggu imej yang ditangkap)
Huyungan = Wobble
Jirim Biasa = Ordinary Matter
Jirim Gelap = Dark Matter
Jirim Tampak = Visible Matter
Kaedah Fotometri Transit = Transit Photometry Method
Kaedah Halaju Jejarian = Radial Velocity Method
Rojak Purba = Primordial Soup
Sinaran Latar Kosmik Gelombang Mikro = Cosmic Microwave Background Radiation
Tenaga Gelap = Dark Energy
Teja = Afterglow
Catatan
Turut terlibat dalam penterjemahan makalah ini dari artikel asal di https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2019/popular-information ialah;
Ahmad Fahmi Bin Khair-Ul-Nahar
Aimi Binti Azizan
Chiam Joe Win
Fatin Nur Syakirah Binti Mohd Rusli
Irhamy Farhan Hariz Bin Lukman
Karthik Raja A/L Selvan
Muhammad Dzul Aiman Bin Zulkefly
Muhamad Firdaus Bin Abu Hashim
Muhammad Iqbal Bin Mohd Hazri
Muhd Shahmin Bin Sarimin
Noor Fatihah Yasmine Binti Mohammad
Nurainun Wardini Agustine Binti Budiyawan
Nurul Asyiqin Binti Zulkifli
Nurulasyiqin Binti Hashim
