Jagat raya konon telah berusia lebih 14 milyar tahun cahaya. Selama itu telah banyak perubahan, evolusi maupun semi revolusi, terjadi. Meski begitu, para ilmuwan sejauh ini masih penasaran, apa jenis molekul pertaqma terbentuk di alam semesta.
Ilustrasi planet nebula NGC 7027 dan molekul helium hidrida. Dalam nebula planet ini, SOFIA mendeteksi helium hidrida, kombinasi helium (merah) dan hidrogen (biru), yang merupakan jenis molekul pertama yang pernah terbentuk di alam semesta awal. Ini adalah pertama kalinya helium hydride ditemukan di alam semesta modern. Sumber: NASA / SOFIA / L. Proudfit / D.Rutter
Memasuki paruh kedua April, saat warga Indonesia melakukan pemilihan presiden dan pemilu serentak, Jenis molekul pertama yang pernah terbentuk di alam semesta dilaporkan telah terdeteksi di ruang angkasa untuk pertama kalinya, setelah puluhan tahun pencarian.
Para ilmuwan menemukan jejak historisnya di Galaksi Bima Sakti menggunakan observatorium udara terbesar di dunia, Observatorium Stratosfera untuk Astronomi Inframerah (SOFIA) milik NASA. Molekul pertama itu terjejak ketika pesawat antariksa itu terbang tinggi di atas permukaan bumi dan mengarahkan instrumen sensitifnya ke kosmos.
Ketika alam semesta masih sangat belia, hanya beberapa jenis atom yang ada. Para ilmuwan percaya bahwa sekitar 100.000 tahun setelah Big Bang – ledakan besar yang dipercaya sebagai awal penciptaan semesta– helium dan hidrogen bergabung untuk membuat molekul yang disebut helium hydride untuk pertama kalinya. Helium hidrida harus ada di beberapa bagian alam semesta modern, tetapi belum pernah terdeteksi di ruang angkasa – sampai sekarang.
Astonom Rolf Güsten dan koleganya, melalui artikel berjudul: “Astrophysical detection of the helium hydride ion HeH+” di jurnal Nature volume 568 halaman 357–359 (April 2019) menulis bahwa para ilmuwan di observatorium udara SOFIA berhasil mendeteksi jenis molekul pertama yang pernah terbentuk di alam semesta. Mereka menemukan kombinasi helium dan hidrogen, yang disebut helium hidrida, dalam nebula planet dekat konstelasi Cygnus. Penemuan ini mengukuhkan bagian kunci dari pemahaman dasar kita tentang alam semesta awal dan bagaimana ia berevolusi selama miliaran tahun menjadi kimiawi kompleks dewasa ini.
Tim SOFIA menemukan helium hidrida modern ada di gugusan nebula planetary, sisa serpihan bintang-bontang seperti Matahari. Terletak 3.000 tahun cahaya di dekat konstelasi Cygnus. Tepatnya pada nebula planet yang disebut NGC 7027. Kondisi di wilayah itu memungkinkan terbentuknya molekul misteri ini. Penemuan ini menjadi bukti eksperimental bahwa helium hidrida dapat hadir secara nyata di ruang angkasa. Ini menegaskan bagian kunci dari pemahaman dasar kita tentang kimiawi alam semesta purba dan bagaimana ia berevolusi selama miliaran tahun menjadi kimiawi kompleks dewasa mulai tersibak. Hasil risetnya diterbitkan dalam Nature edisi terakhir.
“Molekul ini bersembunyi di sana, tetapi kami membutuhkan instrumen yang tepat untuk melakukan pengamatan pada posisi yang tepat – dan SOFIA dapat melakukan itu dengan sempurna,” kata Harold Yorke, direktur Pusat Sains SOFIA, di Silicon Valley, California.
Saat ini, alam semesta dipenuhi dengan struktur besar dan kompleks seperti planet, bintang, dan galaksi. Tetapi lebih dari 13 miliar tahun yang lalu, setelah Big Bang, alam semesta awal adalah panas, dan yang ada hanyalah beberapa jenis atom, kebanyakan helium dan hidrogen. Ketika atom bergabung membentuk molekul pertama, alam semesta akhirnya dapat mendingin dan mulai terbentuk. Para ilmuwan telah menyimpulkan bahwa helium hidrida adalah molekul primordial pertama ini.
Begitu pendinginan dimulai, atom-atom hidrogen dapat berinteraksi dengan helium hidrida, yang mengarah pada penciptaan molekul hidrogen – molekul yang terutama bertanggung jawab untuk pembentukan bintang-bintang pertama. Bintang-bintang melanjutkan untuk menempa semua elemen yang membentuk kosmos kimiawi kita yang kaya hari ini. Masalahnya, bagaimanapun, adalah bahwa para ilmuwan tidak dapat menemukan helium hidrida di luar angkasa. Langkah pertama dalam kelahiran kimia ini belum terbukti, sampai sekarang.
“Kurangnya bukti keberadaan helium hidrida di ruang antarbintang adalah dilema bagi astronomi selama beberapa dekade,” kata Rolf Guesten dari Max Planck Institute for Radio Astronomy di Bonn, Jerman. Dia adalah penulis utama makalah ilmiah tersebut.
Helium hidrida adalah molekul yang rewel. Helium sendiri adalah gas mulia yang membuatnya sangat tidak diragukan lagi untuk bergabung dengan jenis atom lainnya. Tetapi pada tahun 1925, para ilmuwan dapat membuat molekul di laboratorium dengan membujuk helium untuk berbagi salah satu elektronnya dengan ion hidrogen.
Kemudian, pada akhir 1970-an, para ilmuwan yang mempelajari nebula planet yang disebut NGC 7027 berpikir bahwa lingkungan ini mungkin tepat untuk membentuk helium hidrida. Radiasi ultraviolet dan panas dari bintang yang menua menciptakan kondisi yang cocok untuk pembentukan helium hidrida. Tetapi pengamatan mereka tidak meyakinkan. Upaya-upaya selanjutnya mengisyaratkan bahwa itu mungkin ada di sana, tetapi molekul misteri terus menghindari deteksi. Teleskop ruang angkasa yang digunakan tidak memiliki teknologi khusus untuk mengambil sinyal helium hidrida dari medley molekul lain di nebula.
Pada 2016, para ilmuwan meminta bantuan SOFIA. Terbang hingga 45.000 kaki, SOFIA melakukan pengamatan di atas lapisan atmosfer Bumi yang mengganggu. Tetapi memiliki manfaat teleskop luar angkasa tidak- ia kembali setelah setiap penerbangan.
“Kami dapat mengubah instrumen dan menginstal teknologi terbaru,” kata wakil ilmuwan proyek SOFIA Naseem Rangwala. “Fleksibilitas ini memungkinkan kami meningkatkan pengamatan dan menanggapi pertanyaan paling mendesak yang ingin dijawab para ilmuwan.”
Pemutakhiran baru-baru ini ke salah satu instrumen SOFIA yang disebut Receiver Jerman di Terahertz Frequencies, atau HEBAT, menambahkan saluran spesifik untuk helium hidrida yang tidak dimiliki teleskop sebelumnya. Instrumen ini berfungsi seperti alat penerima radio. Para ilmuwan menyesuaikan frekuensi molekul yang mereka cari, mirip dengan menyetel radio FM ke stasiun yang tepat. Ketika SOFIA turun ke langit malam, para ilmuwan yang bersemangat sedang berada di atas pesawat untuk membaca data dari instrumen secara langsung. Sinyal Helium hydride akhirnya terdengar keras dan jelas.
“Sangat menyenangkan berada di sana, melihat helium hydride untuk pertama kalinya dalam data,” kata Guesten. “Ini membawa pencarian panjang untuk akhir yang bahagia dan menghilangkan keraguan tentang pemahaman kita tentang kimia dasar alam semesta awal.
SOFIA atau Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy adalah pesawat jet Boeing 747SP yang dimodifikasi untuk membawa teleskop berdiameter 106 inci. Ini adalah proyek kerjasama NASA dengan German Aerospace Center, DLR. Ames Research Center di Silicon Valley NASA di California, yang mengelola program SOFIA. Selain itu, juga melibatkan operasi sains dan misi kerja sama Asosiasi Riset Antariksa antar Universitas yang berkantor pusat di Columbia, Maryland, dan German SOFIA Institute (DSI) di Universitas Stuttgart. Pesawat ini dikelola dan dioperasikan dari Gedung Pusat Penelitian Penerbangan Armstrong NASA 703, di Palmdale, California.
Dedi Junaedi
