Tersembunyi dalam kegelapan di antara bintang-bintang adalah semua cahaya yang telah diciptakan alam semesta sejak Big Bang.
Sekarang, para ilmuwan berpikir mereka tahu kira-kira berapa banyak cahaya itu. Sejak kelahiran mereka beberapa juta tahun setelah Big Bang, bintang-bintang telah menghasilkan sekitar 4 x 10 ^ 84 foton, atau partikel cahaya, menurut pengukuran baru yang dilaporkan hari ini (29 November) dalam jurnal Science.
Sebagian besar cahaya di alam semesta berasal dari bintang-bintang, kata Marco Ajello, rekan penulis studi dan ahli astrofisika di Universitas Clemson.
Inilah yang terjadi: Bintang-bintang seperti matahari kita ditenagai oleh reaksi nuklir di inti, tempat proton hidrogen bergabung bersama untuk menciptakan helium. Proses ini juga melepaskan energi dalam bentuk foton sinar gamma. Foton ini memiliki energi seratus juta kali lebih banyak daripada foton biasa yang kita lihat sebagai cahaya tampak.
Karena inti matahari sangat padat, foton-foton itu tidak dapat lepas dan malah terus menabrak atom dan elektron, yang pada akhirnya kehilangan energi. Ratusan ribu tahun kemudian, mereka meninggalkan matahari, dengan energi sekitar satu juta kali lebih sedikit daripada cahaya tampak, kata Ajello.
Cahaya yang dapat kita lihat berasal dari foton yang diciptakan oleh bintang-bintang di galaksi kita sendiri, termasuk matahari. Mengukur semua cahaya lain di bagian lain alam semesta - tersembunyi di langit gelap di antara bintang-bintang yang dapat kita lihat - adalah "sulit, karena sangat, sangat redup," kata Ajello kepada Live Science. Memang, mencoba melihat semua cahaya di alam semesta akan seperti melihat bola lampu 60 watt dari 2,5 mil (4 kilometer) jauhnya, tambahnya.
Jadi, Ajello dan timnya menggunakan metode tidak langsung untuk mengukur cahaya ini, dengan mengandalkan data dari Fermi Gamma-ray Space Telescope milik NASA, yang telah mengorbit Bumi sejak tahun 2008. Para peneliti melihat sinar gamma yang dipancarkan dari 739 blazar (sangat terang) galaksi dengan lubang hitam yang menembakkan sinar gamma ke arah kita) dan satu ledakan sinar gamma (ledakan energi sangat tinggi) untuk memperkirakan berapa banyak cahaya bintang yang ada selama berbagai zaman alam semesta - semakin jauh sumber sinar gamma , semakin lama waktu.
Ketika mereka melewati alam semesta, foton dalam sinar gamma ini berinteraksi dengan "cahaya latar extragalactic," sebuah kabut foton ultraviolet, optik, dan inframerah yang diproduksi oleh bintang-bintang. Proses ini mengubah foton menjadi elektron dan pasangan antimateri mereka, positron. Dengan mendeteksi perubahan kecil ini, Ajello dan timnya dapat memperkirakan berapa banyak cahaya bintang atau "kabut" yang ada di berbagai waktu.
Para ilmuwan menemukan bahwa bintang-bintang terbentuk pada tingkat tertinggi sekitar 10 miliar tahun yang lalu dan setelah itu, pembentukan bintang semakin berkurang. Jumlah total cahaya bintang yang pernah diproduksi, "tidak terlalu penting," kata Ajello.
Faktanya, jumlah 4 x 10 ^ 84 yang dihitung para peneliti untuk jumlah total foton yang dihasilkan bisa sekitar 10 kali lipat terlalu rendah. Itu karena itu tidak termasuk foton dalam spektrum inframerah, yang memiliki energi lebih rendah dari cahaya tampak, kata Ajello.
Hasil yang lebih menarik adalah bahwa para peneliti dapat menghitung berapa banyak dan jenis foton yang ada selama berbagai zaman alam semesta, mulai dari (hampir) awal. Ajello dan timnya membangun sejarah cahaya bintang yang mencakup lebih dari 90 persen waktu kosmik. Untuk membangun 10 persen lainnya, awal yang sangat, dari cahaya bintang, "kita perlu menunggu mungkin 10 tahun pengamatan lagi," kata Ajello.
Sebuah snapshot cahaya bintang yang diciptakan selama masa bayi di alam semesta dapat berasal dari Teleskop Luar Angkasa James Webb yang besar, yang diperkirakan memiliki peluncuran 2021, kata Ajello.
Ini adalah "tonggak sejarah lain dari tim Fermi," Elisa Prandini, seorang rekan pascadoktoral di departemen fisika dan astronomi di Universitas Padova di Italia, menulis dalam sebuah perspektif tentang isu yang sama dalam Science. Prandini, yang tidak terlibat dalam penelitian saat ini, juga mengakhiri perspektifnya dengan menyebutkan James Webb Space Telescope dan pengukuran yang lebih "langsung" yang bisa dihasilkan.
