SATU SUPERNOVA, LIMA CITRA, LAJU PENGEMBANGAN ALAM SEMESTA

Seberapa cepat alam semesta mengembang saat ini? Angka yang menjawabnya adalah konstanta Hubble, H0. Dua cara utama untuk mengukurnya — “tangga” jarak ke bintang dan galaksi terdekat, dan cahaya sisa samar dari alam semesta muda, yaitu radiasi latar gelombang mikro kosmik — saat ini memberi nilai yang berbeda secara signifikan. Kesenjangan ini, ketegangan Hubble (Hubble tension), adalah salah satu pertanyaan terbuka terbesar dalam kosmologi.

Ada jalur ketiga, dan jalur ini tidak bergantung pada keduanya.

Lensa kosmik dengan jam bawaan

Ketika sebuah objek yang sangat masif — sebuah galaksi atau seluruh gugus galaksi — berada di depan sumber yang jauh, gravitasinya membelokkan cahaya dan bisa memecah sumber itu menjadi beberapa citra. Inilah pelensaan gravitasi kuat. Berkas-berkas cahaya menempuh lintasan dengan panjang berbeda. Jika kecerlangan sumbernya berubah, citra-citranya berubah satu per satu secara bergiliran.

Jeda waktu itu bergantung pada massa lensa dan pada jarak-jarak kosmik — dan karena itu pada H0. Gagasan ini diajukan oleh Refsdal pada 1964, dengan supernova yang terlihat dalam beberapa citra.

Supernova pertama semacam itu, kini dikenal sebagai SN Refsdal, ditemukan pada 2014 di balik gugus galaksi MACS J1149.5+2223. Mula-mula supernova ini muncul sebagai empat citra di sekitar satu galaksi dalam gugus; citra kelima, yang diprediksi model, diperkirakan muncul sekitar setahun kemudian. Jeda yang terukur termasuk satu jeda 376 hari antara dua citra.

77.000 piksel, bukan beberapa titik

Bagian tersulitnya adalah mengetahui secara tepat bagaimana massa gugus tersebar. Hingga kini, model hanya memakai posisi citra-citra ganda galaksi latar belakang. Stefan Schuldt dari Universitas Turku dan Universitas Milan, bersama rekan-rekan di Italia, Jerman, Spanyol, dan Finlandia, melangkah lebih jauh.

Model mereka sudah mencakup 308 galaksi dalam gugus, halo materi gelap, dan lebih dari 100 citra ganda dari 17 sumber latar belakang. Di atas itu, mereka menambahkan bentuk dan kecerlangan lengkap galaksi tempat supernova itu berada: 77.000 piksel dari Teleskop Antariksa Hubble. Ini adalah pengukuran pertama parameter kosmologis dengan model jenis ini untuk sebuah gugus galaksi.

Untuk berjaga-jaga, mereka menguji empat cara pembobotan data dan menghitung selisih di antaranya sebagai ketidakpastian tambahan.

Pengukuran 3%

H0 = 65,0 (+2,0 / −1,8) kilometer per detik per megaparsek, dengan kandungan materi alam semesta, Ωm = 0,30, diukur sekaligus.
Ketidakpastiannya 3,0%: nilai paling presisi yang pernah diperoleh dari satu lensa kuat saja, mengungguli hasil 3,9% dari sebuah kuasar yang terlensa.
Penambahan piksel memangkas ketidakpastian dengan faktor 2,0 dibandingkan model yang sama yang hanya memakai posisi citra.
Semua versi model sepakat satu sama lain dan dengan studi-studi SN Refsdal sebelumnya.

Nilai ini sesuai dengan nilai dari radiasi latar gelombang mikro kosmik yang diukur misi Planck, dan dengan supernova terlensa lain, SN Encore. Nilai ini lebih jauh dari nilai tangga jarak tim SH0ES.

Ketidakpastian dari model massa kini sebanding dengan ketidakpastian pada jeda terpanjang. Dengan kata lain, jamnya, bukan petanya, yang kini menjadi faktor pembatas.

Apa yang masih bisa menggeser angkanya

Para penulis mendaftar apa saja yang tidak tercakup dalam angka 3% mereka. Mereka mempertahankan resep massa gugus agar perbandingan dengan model-model lama adil, sehingga rincian resep itu tidak dihitung sebagai ketidakpastian. Titik buta pelensaan yang sudah dikenal, “degenerasi lembar massa” (mass-sheet degeneracy), hanya sebagian teratasi. Dan jika garis pandang yang menembus gugus galaksi lebih kosong daripada rata-rata, lensa gugus akan meremehkan H0.

Ujian berikutnya sudah dekat: supernova terlensa lainnya, SN Requiem, diperkirakan muncul kembali pada 2026 atau 2027, sekitar sepuluh tahun setelah pertama kali terlihat. Jedanya semestinya terukur dengan sangat presisi, dan dengan model seperti ini dapat memberikan H0 dengan ketelitian beberapa persen. Observatorium Rubin diperkirakan akan menemukan jauh lebih banyak supernova semacam itu.