Untuk pertama kalinya, para ilmuwan telah menggunakan teleskop yang berbasis di Bumi untuk meneliti kembali fajar kosmik—sebuah era yang terjadi lebih dari 13 miliar tahun yang lalu ketika cahaya dari bintang-bintang pertama mulai membentuk ulang alam semesta kita.

Cahaya residu dari epoch kuno ini memiliki panjang gelombang dalam milimeter dan sangat samar, yang berarti bahwa meskipun observatorium yang berbasis di luar angkasa telah mampu menjelajahi cahaya ini, sinyalnya teredam oleh radiasi elektromagnetik di atmosfer Bumi sebelum teleskop yang berbasis di darat dapat mendeteksi cahaya primordial tersebut.

Namun kini, dengan menerapkan teleskop yang dirancang khusus, para ilmuwan dari proyek Cosmology Large Angular Scale Surveyor (CLASS) telah berhasil mendeteksi jejak yang ditinggalkan oleh bintang-bintang pertama pada cahaya latar dari Big Bang. Mereka mempublikasikan temuan mereka pada 11 Juni di The Astrophysical Journal.

“Orang-orang mengira ini tidak dapat dilakukan dari Bumi,” kata Tobias Marriage, penulis bersama penelitian dan pemimpin proyek CLASS yang juga merupakan profesor fisika dan astronomi di Universitas Johns Hopkins, dalam sebuah pernyataan. “Astronomi adalah bidang yang terbatas pada teknologi, dan sinyal gelombang mikro dari Fajar Kosmik terkenal sulit untuk diukur. Observasi dari darat menghadapi tantangan tambahan dibandingkan dengan luar angkasa. Mengatasi rintangan tersebut menjadikan pengukuran ini sebagai pencapaian yang signifikan.”

Observatorium CLASS terletak pada ketinggian 5.138 meter (16.860 kaki) di pegunungan Andes di gurun Atacama, Chile utara. Teleskop ini, yang mendapatkan cahaya pertamanya pada tahun 2016, disetel untuk memetakan langit pada frekuensi gelombang mikro. Selain memungkinkannya untuk memetakan 75% langit malam, sensitivitas yang belum pernah ada sebelumnya membuatnya mampu menerima sinyal gelombang mikro dari fajar kosmik, atau satu miliar tahun pertama kehidupan alam semesta.

Selama 380.000 tahun pertama setelah Big Bang, alam semesta dipenuhi dengan awan elektron yang begitu padat sehingga cahaya tidak bisa bergerak melaluinya. Namun, kosmos kita akhirnya mengembang dan mendingin, dan elektron-elektron tersebut ditangkap oleh proton untuk membentuk atom hidrogen.

Atom-atom hidrogen ini tidak hanya memungkinkan cahaya berfrekuensi gelombang mikro bergerak bebas—mengisi ruang dengan latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB)—tetapi juga, di mana cukup padat, kolaps di bawah gravitasi dan menyala untuk membentuk bintang-bintang pertama. Cahaya dari bintang-bintang ini kemudian mengionisasi kantong-kantong gas hidrogen yang tidak terkelompok, memisahkan elektron mereka sehingga beberapa bertabrakan dengan cahaya dari CMB, menyebabkan cahaya tersebut menjadi terpolarisasi.

Sinyal dari bagian CMB yang terpolarisasi ini adalah bagian vital dari teka-teki kosmologi; tanpa itu, gambaran kita tentang alam semesta awal tetap buram.

Sementara upaya dari teleskop berbasis luar angkasa sebelumnya, seperti NASA's Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) dan teleskop luar angkasa Planck milik Badan Antariksa Eropa, telah mengisi sebagian dari celah ini, gambar-gambar mereka mengandung kebisingan dan, sebagai satelit, tidak dapat disesuaikan dan ditingkatkan setelah dikerahkan ke orbit.

“Mengukur sinyal reionisasi ini dengan lebih tepat adalah batasan penting dalam penelitian latar belakang gelombang mikro kosmik,” kata Charles Bennett, penulis bersama dan profesor fisika di Johns Hopkins yang memimpin misi luar angkasa WMAP, dalam pernyataan tersebut.

Untuk sampai pada pengamatan ini, para peneliti membandingkan data teleskop CLASS dengan data dari misi Planck dan WMAP, mempersempit sinyal umum untuk cahaya gelombang mikro yang terpolarisasi.

“Bagi kami, alam semesta adalah seperti laboratorium fisika. Pengukuran yang lebih baik tentang alam semesta membantu menyempurnakan pemahaman kita tentang materi gelap dan neutrino, partikel yang melimpah namun sulit ditemukan yang mengisi alam semesta,” tambah Bennett. “Dengan menganalisis data CLASS tambahan ke depan, kami berharap dapat mencapai tingkat presisi tertinggi yang dapat dicapai.”