Kisah di sebalik penerima Hadiah Nobel Fizik 2019

Hadiah Nobel Fizik 2019 telah dianugerahkan “untuk sumbangan kepada kefahaman kita tentang evolusi alam semesta dan letak duduk Bumi di dalamnya” dengan separuh daripada hadiah diberikan kepada James Peebels “untuk sumbangan teori dalam kosmologi fizis”, manakala separuh lagi hadiah diberikan kepada Michel Mayor dan Didier Queloz “untuk penemuan eksoplanet yang beredar mengelilingi sebutir bintang mirip matahari.”

Oleh:Wan Mohd Aimran Wan Mohd Kamil

Hadiah Nobel Fizik 2019 mengiktiraf sumbangan tiga orang penyelidik dalam bidang astronomi, astrofizik dan kosmologi, iaitu James Peebles (Princeton University), Michel Mayor (University of Geneva) dan Didier Queloz (University of Geneva, University of Cambridge). Sumbangan ketiga-tiga penyelidik ini telah merubah cara umat manusia menanggapi kedudukan diri mereka di alam semesta ini menerusi penemuan-penemuan mendasar dalam bidang kosmologi dan bidang kajian eksoplanet.

Penyelidikan ahli astronomi bertumpu kepada memerihalkan rupa dan gerakan jasad-jasad samawi, misalnya seperti planet, bintang dan galaksi. Manakala ahli astrofizik berusaha untuk mencirikan sifat dan lakuan jasad-jasad samawi melalui analisis fizik ke atas pancaran sinarannya. Ahli kosmologi pula berusaha menelusuri asal-usul, isi dan nasib akhir alam semesta.

Umpama diri seorang insan yang menempuhi aneka perubahan dari segi rohani dan jasmani sejak zaman bayinya sehingga ke zaman dewasanya, maka alam semesta juga menempuhi perubahan demi perubahan sejak awal penciptaannya sehinggalah sekarang.

James Peebles (84 tahun, Kanada) merupakan salah seorang ahli kosmologi yang berperanan besar dalam meletakkan batu asas teoretika dalam bidang kosmologi sekitar tahun 1960-an. Khususnya, beliau telah mengemukakan beberapa hipotesis asli tentang kewujudan sisa tinggalan sinaran haba dan jumlah peratusan unsur-unsur kimia yang sepatutnya terhasil di alam semesta ini jikalau ianya berkembang daripada keadaan yang lebih padat, tumpat dan panas. Kejayaan ahli kosmologi untuk mengesan “bahang” kelahiran alam semesta ini dalam frekuensi gelombang mikro pada tahun 1964 (lihat Rajah 1) telah membuka jalan kepada ahli-ahli kosmologi selepas beliau untuk terus mencungkil kisah hidup alam semesta, kemudian membina semula sejarah perkembangan alam semesta babak demi babak. Usaha ahli-ahli kosmologi ini juga telah menerima pengiktirafan Hadiah Nobel Fizik pada tahun 1978 dan 2006.

 

Sehingga akhir abad ke-18, umat manusia hanya mengetahui kewujudan enam planet termasuk Bumi, iaitu Utarid, Zuhrah, Marikh, Musytari dan Zuhal. Berbekalkan teori kegravitian semesta yang telah diterbitkan oleh fizikawan agung Inggeris, Isaac Newton pada tahun 1687, William Herschel, seorang ahli astronomi Inggeris telah berjaya menemui planet yang ketujuh iaitu Uranus pada tahun 1781. Penemuan planet berikutnya pula menyusul kira-kira 65 tahun kemudian dengan penemuan planet Neptun secara serentak oleh ahli astronomi Perancis, Urbain Le Verrier, ahli astronomi Jerman, Johann Gottfried Galle dan ahli astronomi Inggeris, John Couch Adams dalam tahun 1846. Pada tahun 1930, ahli astronomi Amerika Syarikat Clyde Tombaugh telah menemui planet Pluto yang terletak teramat jauh dari matahari sehinggakan Pluto memakan masa selama 248 tahun untuk melengkapkan satu peredaran mengelilingi matahari. Dengan penemuan Pluto, maka ahli-ahli keluarga planet di dalam Sistem Suria telah lengkap: empat butir planet kerdil berbatuan yang terletak hampir dengan matahari, diikuti dengan empat butir planet raksasa bergas dan kemudian sebutir planet berais di penghujung Sistem Suria.

Dalam jangka masa kira-kira 50 tahun – di antara pelancaran prob angkasa Venera 1 ke Zuhrah pada tahun 1961 dan lintas lalu prob angkasa New Horizons ke Pluto pada tahun 2015 – umat manusia telah berjaya melengkapkan tinjauan saintifik awal ke atas kesemua planet di dalam Sistem Suria. Setiap satu planet ini telah membuka mata kita kepada dunia-dunia yang aneh lagi menakjubkan, sekaligus memaksa kita untuk menilai kembali kefahaman kita tentang proses pembentukan dan evolusi planet, selain menonjolkan keunikan Bumi sebagai satu-satunya tempat di dalam Sistem Suria yang berpenghuni pada ketika ini.    

Lewat tahun 1995, Michel Mayor (77 tahun, Switzerland) dan Didier Queloz (53 tahun, Switzerland) telah melaporkan pengesanan pertama planet yang mengelilingi bintang selain matahari, iaitu sebutir eksoplanet yang mengelilingi bintang 51 Pegasi yang terletak pada jarak kira-kira 50 tahun cahaya dari Bumi. Eksoplanet ini bersaiz Musytari, namun mengelilingi bintang 51 Pegasi pada jarak 8 juta kilometer (sebagai perbandingan, Bumi mengelilingi matahari pada jarak 150 juta kilometer) dan memakan masa selama empat hari untuk melengkapkan satu peredaran mengelilingi bintang induknya.  

Penemuan eksoplanet yang mengelilingi bintang 51 Pegasi telah melahirkan cabang baru dalam bidang astronomi yang bertumpu kepada pencarian eksoplanet-eksoplanet yang mengelilingi bintang-bintang lain di dalam galaksi kita. Sehingga bulan Oktober 2019, lebih 4100 eksoplanet telah dikesan mengelilingi lebih 3000 bintang di dalam galaksi kita (lihat Rajah 2). Ini disusuli dengan pencirian sifat-sifat fizikal seperti jisim, ketumpatan dan suhu serta kewujudan unsur dan sebatian kimia pada eksoplanet tersebut. Usaha pencirian eksoplanet ini didorong oleh hasrat tersirat di kalangan ahli astronomi untuk menemukan persekitaran planet yang mampu menampung kehidupan. Dalam hal ini, pencarian eksoplanet terjalin erat dengan pencarian hidupan di angkasa lepas. 

 

Perlumbaan untuk mengesan dan mencirikan eksoplanet telah menambahkan lagi bukti tentang kepelbagaian rupa dan sifat planet di alam semesta: terdapat banyak cara berlainan untuk membina sebutir planet. Kesedaran ini telah memperdalamkan lagi pengetahuan kita tentang proses pembentukan planet, bahawa proses tersebut jauh lebih rumit dan anjal daripada yang disangkakan sebelum ini, apabila kita hanya mengetahui kewujudan satu sistem planet, iaitu Sistem Suria kita.

Kepentingan sesuatu penemuan dalam bidang astronomi, astrofizik dan kosmologi boleh dinilai dari dua kriteria. Pertama, sejauh mana penemuan tersebut telah menjumpai jasad samawi yang baru menerusi cerapan langsung atau bukti empirik berkaitan, misalnya pengesahan kewujudan lohong hitam menerusi pelbagai sarana cerapan seperti teleskop sinar-X, interferometer gelombang radio dan teleskop gelombang kegravitian. Kedua, sejauh mana penemuan tersebut telah membangunkan alat atau teknik cerapan yang dapat memperdalam dan memperluas “renungan” ahli astronomi terhadap alam semesta, misalnya penciptaan pengesan zarah kosmik, pengesan zarah neutrino dan teleskop gelombang kegravitian. Kedua-dua penemuan yang diiktiraf dengan Hadiah Nobel Fizik pada tahun 2019 memenuhi kedua-dua kriteria tersebut iaitu sumbangan John Peebles dalam bidang kosmologi yang telah menyuluh sinar menerangi babak silam sejarah penciptaan alam semesta selain menonjolkan juzuk-juzuk alam semesta yang masih diselubungi misteri seperti jirim gelap dan tenaga gelap manakala sumbangan Michel Mayor dan Didier Queloz pula telah memperluaskan ufuk kejiranan kita dengan menunjukkan kaya bertaburannya planet di alam semesta ini sebagaimana orang-orang terdahulu dapat melihat kaya bertaburannya bintang di langit malam.

Daftar Istilah

Cosmic Microwave Background radiation  – Sinaran Latar Kosmik Gelombang Mikro
Exoplanet – Eksoplanet, planet luar-suria
Host star – Bintang induk
Terrestrial planet – Planet berbatuan
Gaseous planet – Planet bergas
Gravitational waves – Gelombang kegravitian
Dark matter – Jirim gelap
Dark energy – Tenaga gelap
Blackbody curve – Lengkung jasad hitam