Dalam pencapaian ilmiah yang langka dan luar biasa, para ilmuwan telah berhasil mendeteksi sinyal microwave berusia 13 miliar tahun dari periode yang dikenal sebagai Cosmic Dawn. Periode ini terjadi tak lama setelah Big Bang, di mana bintang-bintang dan galaksi pertama mulai terbentuk. Keberhasilan ini sangat menonjol karena sinyal tersebut tidak ditangkap dari luar angkasa, melainkan menggunakan teleskop berbasis Bumi yang terletak di ketinggian tinggi di pegunungan Andes, Chile utara. Penemuan ini dilakukan oleh astrofisikawan dari proyek CLASS (Cosmology Large Angular Scale Surveyor), yang didanai oleh National Science Foundation AS.

Sinyal lemah dari radiasi microwave terpolarisasi ini memberikan wawasan berharga tentang alam semesta awal dan mengungkap bagaimana struktur kosmik pertama mempengaruhi cahaya yang tersisa dari Big Bang. Ini adalah pertama kalinya sinyal yang sangat redup dan kuno ini diamati dari darat. Terobosan ini dicapai oleh tim yang dipimpin oleh Profesor Tobias Marriage dari Johns Hopkins University (JHU). Keberhasilan ini menentang anggapan sebelumnya bahwa sinyal ini hanya bisa dideteksi menggunakan teleskop luar angkasa, mengingat banyaknya hambatan teknologi dan lingkungan yang dihadapi observatorium darat.

Cosmic Dawn merujuk pada periode sekitar 50 juta hingga satu miliar tahun setelah Big Bang. Pada masa ini, bintang-bintang, galaksi, dan lubang hitam pertama mulai terbentuk. Ini adalah saat di mana alam semesta mengalami fajar baru. Sebelum fenomena ini, alam semesta berada dalam kondisi gelap dan netral tanpa sumber cahaya. Bintang-bintang awal, yang dikenal sebagai bintang Populasi III, memicu fusi nuklir dan memancarkan radiasi ultraviolet yang intens, menerangi alam semesta dan memulai proses reionisasi. Radiasi ini mengionisasi gas hidrogen di sekitarnya, memungkinkan cahaya untuk bergerak bebas melalui ruang untuk pertama kalinya.

Pada era ini, galaksi-galaksi kecil dan tidak teratur mulai berkumpul, dan kemungkinan besar lubang hitam awal terbentuk dari keruntuhan bintang-bintang masif. Peristiwa ini mengubah secara fundamental sifat kosmos. Dengan mempelajari cahaya dari masa ini, seperti sinyal microwave terpolarisasi yang tersisa pada latar belakang microwave kosmik, para ilmuwan dapat memahami bagaimana objek bercahaya pertama membentuk struktur alam semesta. Cosmic Dawn menandai transisi alam semesta dari kegelapan menuju cahaya dan menyimpan informasi penting tentang bagaimana galaksi modern, termasuk galaksi kita sendiri, Milky Way, terbentuk.

Sinyal microwave yang dicari oleh para ilmuwan dari Cosmic Dawn sangatlah lemah, sekitar satu juta kali lebih lemah daripada radiasi latar belakang microwave kosmik biasa. Sinyal microwave terpolarisasi ini diukur dalam panjang gelombang yang sangat kecil dan mudah tertutupi oleh interferensi dari sumber-sumber di Bumi, seperti siaran radio, sinyal radar, satelit, dan bahkan kondisi atmosfer seperti kelembapan atau perubahan suhu. Menurut para peneliti, bahkan dalam kondisi ideal, mendeteksi sinyal ini memerlukan instrumen yang sangat sensitif dan tepat kalibrasinya.

Teleskop CLASS dirancang khusus untuk tugas ini dan ditempatkan secara strategis di daerah ketinggian tinggi di Chile, di mana udara yang lebih tipis dan kering memberikan pandangan yang lebih jelas ke alam semesta. “Orang-orang berpikir ini tidak dapat dilakukan dari Bumi,” kata Prof. Tobias Marriage. “Astronomi adalah bidang yang terbatas oleh teknologi, dan sinyal microwave dari Cosmic Dawn terkenal sulit untuk diukur. Observasi berbasis darat menghadapi tantangan tambahan dibandingkan dengan luar angkasa. Mengatasi hambatan tersebut menjadikan pengukuran ini pencapaian yang signifikan.”

Tim CLASS mengatasi tantangan tersebut dengan membandingkan data mereka dengan hasil dari misi luar angkasa sebelumnya, seperti NASA’s Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) dan teleskop Planck dari Badan Antariksa Eropa. Dengan mengidentifikasi dan menghilangkan interferensi, mereka mampu mengisolasi sinyal konsisten dari cahaya terpolarisasi. Ini mengonfirmasi bahwa sinyal tersebut berasal dari alam semesta awal.

Cahaya menjadi terpolarisasi ketika memantul dari permukaan atau partikel, menyebabkan gelombang berbaris ke arah tertentu. Contoh sederhana adalah sinar matahari yang memantul dari kap mobil, yang menciptakan silau—yang dapat dikurangi dengan kacamata hitam terpolarisasi. Demikian pula, cahaya kosmik kuno yang berinteraksi dengan materi awal menjadi terpolarisasi. “Dengan menggunakan sinyal umum yang baru, kami dapat menentukan seberapa banyak dari apa yang kami lihat adalah silau kosmik dari cahaya yang memantul dari kap Cosmic Dawn, bisa dibilang,” jelas Dr. Yunyang Li, salah satu penulis studi dan peneliti yang berafiliasi dengan Johns Hopkins dan Universitas Chicago.

Proyek CLASS telah membuka jendela baru yang kuat untuk memahami asal-usul alam semesta. Studi tentang sinyal-sinyal ini dapat membantu para ilmuwan melihat bagaimana sumber cahaya pertama berinteraksi dengan materi. Mereka dapat melacak bagaimana bintang-bintang awal memicu pembentukan galaksi. Proses ini membentuk struktur skala besar yang masih mendefinisikan alam semesta hingga saat ini. Penelitian ini membuka pintu bagi penemuan baru. Ini memberi para ilmuwan peta jalan untuk menjelajahi bagian-bagian alam semesta yang paling awal dan misterius tanpa hanya bergantung pada misi luar angkasa. Ini membuktikan bahwa teknologi berbasis darat yang maju, ketika digabungkan dengan metodologi cerdas dan lokasi yang menguntungkan, dapat menyaingi bahkan teleskop luar angkasa dalam menelusuri bab-bab awal sejarah kosmik. Penelitian ini juga memvalidasi kemampuan astronomi berbasis darat dan membuka jalan untuk studi yang lebih dalam tentang kelahiran bintang, pembentukan galaksi, dan evolusi alam semesta itu sendiri.