Minyak Bumi

MINYAK BUMI

Minyak bumi (bahasa Inggris: petroleum, dari bahasa Latin: petrus – karang dan oleum – minyak) dijuluki juga sebagai emas hitam, adalah suatu cairan kental yang berwarna coklat sampai hitam atau kehijauan, yang mudah terbakar dan berbau kurang sedap, yang berada di lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi.

Minyak bumi merupakan campuran kompleks dari senyawa-senyawa hidrokarbon, baik senyawa alifatik, alisiklik, dan aromatik yang sebagian terdiri atas alkana tetapi bervariasi dalam penampilan, komposisi, dan kemurniannya, dengan sedikit senyawa nitrogen (0,01-0,9%), belerang (0,1-7%), oksigen (0,06-0,4%) dan senyawa logam dalam jumlah yang sangat kecil.

1. Pembentukan minyak bumi

Para ahli berpendapat bahwa minyak bumi terbentuk dari pelapukan sisa kehidupan purba (hewan, tumbuhan, dan jasad-jasad renik) yang terpendam bersama air laut dan masuk ke dalam batuan pasir, lempung, atau gamping yang terdapat di dalam lapisan kerak bumi selama berjuta-juta tahun melalui proses fisika dan kimia.

Proses terbentuknya minyak bumi dapat dijelaskan sebagai berikut:

• Pada zaman purba, di darat dan di dalam lautan hidup beraneka ragam binatang dan tumbuh-tumbuhan. Binatang serta tumbuh-tumbuhan yang mati ataupun punah itu akhirnya tertimbun di bawah endapan lumpur. Endapan lumpur ini kemudian dihanyutkan oleh arus sungai menuju lautan bersama bahan organik lainnya dari daratan.

• Selama berjuta-juta tahun, sungai-sungai menghanyutkan pasir dan lumpur ke dasar laut dan membuat lapisan batuan yang bercampur dengan fosil-fosil binatang dan tumbuh-tumbuhan.

• Akibat peristiwa alam, lapisan dan permukaan bumi mengalami perubahan besar berupa pergeseran-pergeseran sehingga fosil hewan dan tumbuhan yang terkubur di perut bumi masuk ke celah-celah lapisan bumi yang bersuhu dan bertekanan tinggi. Akibat pengaruh waktu, temperatur tinggi, dan tekanan beban lapisan batuan di atasnya, menyebabkan binatang dan tumbuh-tumbuhan yang mati tadi mengalami proses penguraian berupa perubahan kimia, berubah menjadi bintik- bintik dan gelembung minyak yang berbentuk cairan kental dan gas. Akibat pengaruh yang sama, maka endapan lumpur berubah menjadi batuan sedimen. Batuan lunak yang berasal dari lumpur yang mengandung bintik-bintik minyak dikenal sebagai batuan induk atau “source rock”.

• Karena ringan, minyak bumi akan terdorong dan terapung, lalu bergerak mencari tempat yang lebih baik (berimigrasi menuju tempat yang bertekanan lebih rendah) untuk berhenti dan terperangkap dalam batuan sedimen yang kedap atau kadang-kadang merembes ke luar permukaan bumi. Batuan sedimen tersusun atas fragmen- fragmen atau butiran mineral dari yang halus sampai yang kasar satu sama lain saling terikat oleh materi yang sangat halus dan berfungsi sebagai “semen”, sehingga di antaranya terdapat pori-pori. Pada kondisi tertentu, pori-pori ini dapat mengandung fluida minyak, gas, atau air. Peristiwa terperangkapnya minyak bumi dan gas alam dalam batuan sedimen disebut proses “akumulasi”.

Berapa lama proses terbentuknya minyak bumi? 

Mengenai hal ini masih terdapat pendapat yang berbeda-beda. Ada yang mengatakan ribuan tahun, ada yang mengatakan jutaan tahun, bahkan ada yang berpendapat lebih dari itu. Namun diduga, minyak bumi terbentuk paling sedikit 2 juta tahun yang lalu, dan ada juga yang berpendapat bahwa minyak bumi terbentuk 500-2500 juta tahun yang lalu.

         2. Pengolahan Minyak Bumi

Minyak mentah (crude oil) yang diperoleh dari hasil pengeboran minyak bumi belum dapat digunakan atau dimanfaatkan untuk berbagai keperluan secara langsung. Hal itu karena minyak bumi masih merupakan campuran dari berbagai senyawa hidrokarbon, khususnya komponen utama hidrokarbon alifatik dari rantai C yang sederhana/pendek sampai ke rantai C yang banyak/panjang, dan senyawa-senyawa yang bukan hidrokarbon. Untuk menghilangkan senyawa-senyawa yang bukan hidrokarbon, maka pada minyak mentah ditambahkan asam dan basa.

Minyak mentah yang berupa cairan pada suhu dan tekanan atmosfer biasa, memiliki titik didih persenyawan-persenyawaan hidrokarbon yang berkisar dari suhu yang sangat rendah sampai suhu yang sangat tinggi. Dalam hal ini, titik didih hidrokarbon (alkana) meningkat dengan bertambahnya jumlah atom C dalam molekulnya.

Dengan memperhatikan perbedaan titik didih dari komponen-komponen minyak bumi, maka dilakukanlah pemisahan minyak mentah menjadi sejumlah fraksi-fraksi melalui proses  distilasi bertingkat. Destilasi bertingkat adalah proses distilasi (penyulingan) dengan menggunakan tahap-tahap/fraksi-fraksi pendinginan sesuai trayek titik didih campuran yang diinginkan, sehingga proses pengembunan terjadi pada beberapa tahap/beberapa fraksi tadi. Cara seperti ini disebut fraksionasi.

Minyak mentah tidak dapat dipisahkan ke dalam komponen-komponen murni (senyawa tunggal). Hal itu tidak mungkin dilakukan karena tidak praktis, dan mengingat bahwa minyak bumi mengandung banyak senyawa hidrokarbon maupun senyawa- senyawa yang bukan hidrokarbon. Dalam hal ini senyawa hidrokarbon memiliki isomer-isomer dengan titik didih yang berdekatan. Oleh karena itu, pemisahan minyak mentah dilakukan dengan proses distilasi bertingkat. Fraksi-fraksi yang diperoleh dari destilat minyak bumi ialah campuran hidrokarbon yang mendidih pada trayek suhu tertentu.

• .Pengolahan tahap pertama (primary process)

Pengolahan tahap pertama ini berlangsung melalui proses distilasi bertingkat, yaitu pemisahan minyak bumi ke dalam fraksi-fraksinya berdasarkan titik didih masing- masing fraksi.

Komponen yang titik didihnya lebih tinggi akan tetap berupa cairan dan turun ke bawah, sedangkan yang titik didihnya lebih rendah akan menguap dan naik ke bagian atas melalui sungkup-sungkup yang disebut menara gelembung. Makin ke atas, suhu dalam menara fraksionasi itu makin rendah. Hal itu menyebabkan komponen dengan titik didih lebih tinggi akan mengembun dan terpisah, sedangkan komponen yang titik didihnya lebih rendah naik ke bagian yang lebih atas lagi. Demikian seterusnya, sehingga komponen yang mencapai puncak menara adalah komponen yang pada suhu kamar  berupa gas.

Perhatikan diagram fraksionasi minyak bumi berikut ini.

Hasil-hasil frasionasi minyak bumi yaitu sebagai berikut.

• Fraksi pertama

Pada fraksi ini dihasilkan gas, yang merupakan fraksi paling ringan. Minyak bumi dengan titik didih di bawah 30^oC, berarti pada suhu kamar berupa gas. Gas pada kolom ini ialah gas yang tadinya terlarut dalam minyak mentah, sedangkan gas yang tidak terlarut dipisahkan pada waktu pengeboran. Gas yang dihasilkan pada tahap ini yaitu LNG (Liquid Natural Gas) yang mengandung komponen utama propana (C₃H₈) dan butana (C₄H₁₀), dan LPG (Liquid Petroleum Gas) yang mengandung metana (CH₄) dan etana (C₂H₆).

• Fraksi kedua

Pada fraksi ini dihasilkan petroleum eter. Minyak bumi dengan titik didih lebih kecil 90^oC, masih berupa uap, dan akan masuk ke kolom pendinginan dengan suhu 30^oC – 90^oC. Pada trayek ini, petroleum eter (bensin ringan) akan mencair dan keluar ke penampungan petroleum eter. Petroleum eter merupakan  campuran alkana dengan rantai C₅H₁₂ – C₆H₁₄.

• Fraksi Ketiga

Pada fraksi ini dihasilkan gasolin (bensin). Minyak bumi dengan titik didih lebih kecil dari 175^oC, masih berupa uap, dan akan masuk ke kolom pendingin dengan suhu 90^oC – 175^oC. Pada trayek ini, bensin akan mencair dan keluar ke penampungan bensin. Bensin merupakan campuran alkana dengan rantai C₆H₁₄–C₉H₂₀.

• Fraksi keempat

Pada fraksi ini dihasilkan nafta. Minyak bumi dengan titik didih lebih kecil dari 200^oC, masih berupa uap, dan akan masuk ke kolom pendingin dengan suhu 175^oC- 200^oC. Pada trayek ini, nafta (bensin berat) akan mencair dan keluar ke penampungan nafta. Nafta merupakan campuran alkana dengan rantai C₉H₂₀–C₁₂H₂₆.

• Fraksi kelima

Pada fraksi ini dihasilkan kerosin (minyak tanah). Minyak bumi dengan titik didih lebih kecil dari 275^oC, masih berupa uap, dan akan masuk ke kolom pendingin dengan suhu 175^oC-275^oC. Pada trayek ini, kerosin (minyak tanah) akan mencair dan keluar ke penampungan kerosin. Minyak tanah (kerosin) merupakan campuran alkana dengan rantai C₁₂H₂₆–C₁₅H₃₂.

• Fraksi keenam

Pada fraksi ini dihasilkan minyak gas (minyak solar). Minyak bumi dengan titik didih lebih kecil dari 375⁰C, masih berupa uap, dan akan masuk ke kolom pendingin dengan suhu 250⁰C-375⁰C. Pada trayek ini minyak gas (minyak solar) akan mencair141 dan keluar ke penampungan minyak gas (minyak solar). Minyak solar merupakan campuran alkana dengan rantai C₁₅H₃₂–C₁₆H₃₄.

• Fraksi ketujuh

Pada fraksi ini dihasilkan residu. Minyak mentah dipanaskan pada suhu tinggi, yaitu di atas 375^oC, sehingga akan terjadi penguapan. Pada trayek ini dihasilkan residu yang tidak menguap dan residu yang menguap. Residu yang tidak menguap berasal dari minyak yang tidak menguap, seperti aspal dan arang minyak bumi. Adapun residu yang menguap berasal dari minyak yang menguap, yang masuk ke kolom pendingin dengan suhu 375^oC. Minyak pelumas (C₁₆H₃₄–C₂₀H₄₂) digunakan untuk pelumas mesin-mesin, parafin (C₂₁H₄₄–C₂₄H₅₀)  untuk membuat lilin, dan aspal (rantai C lebih besar dari C₃₆H₇₄) digunakan untuk bahan bakar dan pelapis jalan raya.

• Pengolahan tahap kedua

Pengolahan tahap kedua merupakan pengolahan lanjutan dari hasil-hasil unit pengolahan tahapan pertama. Pada tahap ini, pengolahan ditujukan untuk mendapatkan dan menghasilkan berbagai jenis bahan bakar minyak (BBM) dan non bahan bakar minyak (non BBM) dalam jumlah besar dan mutu yang lebih baik, yang sesuai dengan permintaan konsumen atau pasar.

Pada pengolahan tahap kedua, terjadi perubahan struktur kimia yang dapat berupa pemecahan molekul (proses cracking), penggabungan molekul (proses polymerisasi, alkilasi), atau perubahan struktur molekul (proses reforming).

Proses pengolahan lanjutan dapat berupa proses-proses seperti di bawah ini.

1)Konversi struktur kimia

Dalam proses ini, suatu senyawa hidrokarbon diubah menjadi senyawa hidrokarbon lain melalui proses kimia.

• Perengkahan (cracking)

Dalam proses ini, molekul hidrokarbon besar dipecah menjadi molekul hidrokarbon yang lebih kecil sehingga memiliki titik didih lebih rendah dan stabil.

Caranya dapat dilaksanakan, yaitu sebagai berikut:

a.       Perengkahan termal; yaitu proses perengkahan dengan menggunakan suhu dan tekanan tinggi saja.

b.      Perengkahan katalitik; yaitu proses perengkahan dengan menggunakan panas dan katalisator untuk mengubah distilat yang memiliki titik didih tinggi menjadi bensin dan karosin. Proses ini juga akan menghasilkan butana dan gas lainnya.

c.       Perengkahan dengan hidrogen (hydro-cracking); yaitu proses perengkahan yang merupakan kombinasi perengkahan termal dan katalitik dengan "menyuntikkan" hidrogen pada molekul fraksi hidrokarbon tidak jenuh.

Dengan cara seperti ini, maka dari minyak bumi dapat dihasilkan elpiji, nafta, karosin, avtur, dan solar. Jumlah yang diperoleh akan lebih banyak dan mutunya lebih baik dibandingkan dengan proses perengkahan termal atau perengkahan katalitik saja. Selain itu, jumlah residunya akan berkurang.

• Alkilasi

Alkilasi merupakan suatu proses penggabungan dua macam hidrokarbon isoparafin secara kimia menjadi alkilat yang memiliki nilai oktan tinggi. Alkilat ini dapat dijadikan bensin atau avgas.

• Polimerisasi

Polimerisasi merupakan penggabungan dua molekul atau lebih untuk membentuk molekul tunggal yang disebut polimer. Tujuan polimerisasi ini ialah untuk menggabungkan molekul-molekul hidrokarbon dalam bentuk gas (etilen, propena) menjadi senyawa nafta ringan.

• Reformasi

Proses ini dapat berupa perengkahan termal ringan dari nafta untuk mendapatkan produk yang lebih mudah menguap seperti olefin dengan angka oktan yang lebih tinggi. Di samping itu, dapat pula berupa konversi katalitik komponen-komponen nafta untuk menghasilkan aromatik dengan angka oktan yang lebih tinggi.

• Isomerisasi

Dalam proses ini, susunan dasar atom dalam molekul diubah tanpa menambah atau mengurangi bagian asal. Hidrokarbon garis lurus diubah menjadi hidrokarbon garis bercabang yang memiliki angka oktan lebih tinggi. Dengan proses ini, n-butana dapat diubah menjadi isobutana yang dapat dijadikan sebagai bahan baku dalam proses alkilasi.

• Proses ekstraksi

Melalui proses ini, dilakukan pemisahan atas dasar perbedaan daya larut fraksi- fraksi minyak dalam bahan pelarut (solvent) seperti SO₂, furfural, dan sebagainya. Dengan proses ini, volume produk yang diperoleh akan lebih banyak dan mutunya lebih baik bila dibandingkan dengan proses distilasi saja.

• Proses kristalisasi

Pada proses ini, fraksi-fraksi dipisahkan atas dasar perbedaan titik cair (melting point) masing-masing. Dari solar yang mengandung banyak parafin, melalui proses pendinginan, penekanan dan penyaringan, dapat dihasilkan lilin dan minyak filter.

Pada hampir setiap proses pengolahan, dapat diperoleh produk-produk lain sebagai produk tambahan. Produk-produk ini dapat dijadikan bahan dasar petrokimia yang diperlukan untuk pembuatan bahan plastik, bahan dasar kosmetika, obat pembasmi serangga, dan berbagai hasil petrokimia lainnya.

• Membersihkan produk dari kontaminasi (treating)

Hasil-hasil minyak yang telah diperoleh melalui proses pengolahan tahap pertama dan proses pengolahan lanjutan sering mengalami kontaminasi dengan zat-zat yang merugikan seperti persenyawaan yang korosif atau yang berbau tidak sedap. Kontaminan ini harus dibersihkan misalnya dengan menggunakan caustic soda, tanah liat, atau proses hidrogenasi.

• Kegunaan minyak bumi

Berdasarkan jumlah atom C, maka minyak bumi dapat dibagi menjadi fraksi-fraksi dengan sifat berbeda (Tabel 7.8).

Read More

Materi B3

1. Pendahuluan
2. Perkembangan Senyawa B3
3. Limbah Padat domestik dan B3
4. Toksikologi Lingkungan
5. Mekanisme Keracunan Logam Berat

Read More

Memakai Virus AIDS untuk Melawan Kanker

Dapatkah HIV diubah menjadi senjata bioteknologi untuk meningkatkan kesehatan manusia? Menurut tim CNRS dari lab Architecture et Réactivité de l'ARN (RNA Architecture and Reactivity), jawabannya ya. Mengambil manfaat mesin replikasi HIV, para peneliti mampu memilih protein mutan tertentu.
Diterbitkan dalam PLoS Genetics tanggal 23 Agustus 2012, temuan ini dapat membawa pada penerapan terapis jangka panjang dalam perawatan kanker dan patologi lainnya
Human immunodeficiency virus (HIV), yang menyebabkan AIDS, memakai bahan sel manusia untuk berlipat ganda, umumnya dengan memasukkan bahan genetiknya ke genom sel inang. Karakteristik khas HIV adalah ia bermutasi terus menerus, dan membuat beberapa protein mutan (atau varian) dalam pelipatgandaannya. Fenomena ini memungkinkan virus tersebut beradaptasi dengan perubahan lingkungan berkelanjutan dan menghambat pengobatan yang telah dikembangkan sebelumnya.
Di IBMC (Institut de Biologie Moléculaire et Cellulaire) Strasbourg, para peneliti lab CNRS Architecture et Réactivité de l’ARN mendapat gagasan memakai strategi pelipatgandaan ini untuk menyalurkan ulang dampak virus untuk tujuan terapi, khususnya perawatan kanker.
Mereka pertama mengubah genom HIV dengan memasukkan sebuah gen manusia yang ada di semua sel : gen untuk deoksisitidin kinase (dCK), sebuah protein yang mengaktivasi obat antikanker. Para peneliti telah mencoba menghasilkan bentuk dCK yang lebih efektif dalam beberapa tahun. Lewat pelipatgandaan HIV, tim CNRS memilih sebuah ‘perpustakaan’ dari hampir 80 protein mutan dan mengujikannya pada sel tumor bersama dengan obat antikanker. Hasilnya memungkinkan mereka menemukan varian dCK yang lebih efektif dari tipe protein liar (non-mutasi), menginduksi kematian sel tumor di kultur. Dikombinasi dengan protein ini, obat antikanker menunjukkan efektivitas identik 1/300 kali dosis. Kemungkinan mengurangi dosis obat antikanker akan mengatasi masalah yang timbul lewat keracunan komponen, mengurangi efek sampingnya, dan paling penting, meningkatkan efektivitasnya.
Salah satu keuntungan teknik eksperimental ini adalah protein mutannya diuji langsung pada kultur sel. Langkah selanjutnya adalah studi pra klinis (hewan) pada protein mutan yang diisolasi. Selain itu, sistem eksperimental memakai virus yang secara normal mengancam hidup ini akan membawa banyak penerapan terapi.

Sumber berita:
Centre national de la recherche scientifique (CNRS).

Referensi jurnal:
Paola Rossolillo, Flore Winter, Etienne Simon-Loriere, Sarah Gallois-Montbrun, Matteo Negroni. Retrovolution: HIV–Driven Evolution of Cellular Genes and Improvement of Anticancer Drug Activation. PLoS Genetics, 2012; 8 (8): e1002904 DOI: 10.1371/journal.pgen.1002904

Read More

Kamera Digital Paling Tajam di Dunia, Menangkap Gambar Pertama dalam Melacak Energi Gelap

Dark Energy Survey akan membantu kita memahami mengapa ekspansi alam semesta mengalami percepatan, bukannya melambat karena gravitasi."
Delapan miliar tahun yang lalu, sinar cahaya dari galaksi-galaksi jauh memulai perjalanan panjangnya menuju bumi. Kamera Energi Gelap, mesin pemetaan luar angkasa yang paling kuat yang pernah diciptakan, yang dibangun di puncak gunung di Chile, telah berhasil menangkap dan merekam sinar cahaya purba tersebut untuk pertama kalinya.

Cahaya itu mungkin menyimpan jawaban bagi salah satu misteri terbesar dalam dunia fisika – mengapa ekspansi alam semesta mengalami percepatan.
Para ilmuwan dalam kolaborasi Dark Energy Survey internasional minggu ini mengumumkan bahwa Kamera Energi Gelap, produk hasil dari perencanaan dan konstruksi selama delapan tahun oleh para ilmuwan, insinyur, dan teknisi di tiga benua, telah mencapai cahaya pertamanya. Gambar-gambar pertama dari luar angkasa selatan diambil dengan kamera berkekuatan 570 megapiksel pada tanggal 12 September.
“Pencapaian cahaya pertama melalui Kamera Dark Energi ini memulai era baru yang signifikan bagi eksplorasi kita terhadap perbatasan kosmik,” kata James Siegrist, direktur asosiasi ilmu fisika energi tinggi dengan Departemen Energi Amerika Serikat. “Hasil survei ini akan membawa kita lebih dekat dalam memahami misteri energi gelap, dan apa artinya bagi alam semesta.”
Kamera Energi Gelap dibangun di Fermi National Accelerator Laboratory milik Departemen Energi AS (DOE) di Batavia, Illinois, dan dipasang pada teleskop M. Victor Blanco di Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) milik Yayasan Sains Nasional di Chili, yang merupakan cabang selatan National Optical Astronomy Observatory (NOAO) AS. Dengan perangkat yang berukuran kira-kira sebesar bilik telepon ini, para astronom dan fisikawan melakukan penyelidikan terhadap misteri energi gelap, kekuatan yang diyakini menjadi penyebab alam semesta berkembang lebih cepat dan lebih cepat.

Para Ilmuwan membangun sebuah prototype pada Kamera Energi Gelap. (Kredit: Fermilab)

“Dark Energy Survey akan membantu kita memahami mengapa ekspansi alam semesta mengalami percepatan, bukannya melambat karena gravitasi,” kata Brenna Flaugher, manajer proyek dan ilmuwan di Fermilab. “Sangat memuaskan rasanya melihat upaya semua orang yang terlibat dalam proyek ini akhirnya mewujudkan hasil.”
Kamera Energi Gelap merupakan instrumen survei yang paling kuat dari jenisnya, mampu menangkap cahaya pada lebih dari 100.000 galaksi yang berjarak hingga 8 miliar tahun cahaya dalam tiap-tiap jepretannya. Array kameranya memiliki sensitivitas paling tinggi terhadap cahaya yang sangat merah, dan bersama dengan cermin besar pengumpul-cahaya pada teleskop Blanco (yang lebarnya hingga 13 kaki), akan memungkinkan para ilmuwan dari seluruh dunia untuk melakukan penyelidikan, mulai dari studi asteroid dalam tata surya kita hingga memahami asal-usul dan nasib alam semesta.
“Kami sangat bersemangat untuk menghadirkan Energi Kamera Gelap ini secara online dan membuatnya tersedia bagi masyarakat astronomi melalui alokasi teleskop akses terbuka NOAO,” kata Chris Smith, direktur Cerro-Tololo Inter-American Observatory. “Dengan itu, kami menyediakan alat baru yang kuat bagi para astronom di seluruh dunia untuk mengeksplorasi pertanyaan-pertanyaan luar biasa di masa kita, mungkin yang paling mendesak adalah mengenai sifat dari energi gelap.”
Para ilmuwan dalam kolaborasi Dark Energy Survey akan menggunakan kamera baru ini untuk melaksanakan survei galaksi terbesar yang pernah dilakukan, dan akan menggunakan data tersebut untuk melaksanakan empat penyelidikan energi gelap, mempelajari kluster galaksi, supernova, penggumpalan galaksi skala besar dan pelensaan gravitasi lemah. Ini akan menjadi yang pertama kalinya keempat metode tersebut dilakukan dalam percobaan tunggal.
Dark Energy Survey diharapkan bisa dimulai pada bulan Desember, setelah kamera ini sepenuhnya diuji, dan akan memanfaatkan kondisi atmosfer yang sangat bagus di Andes Chili untuk memberikan gambar beresolusi paling tajam dalam survei lapangan astronomi. Hanya dalam beberapa malam pengujiannya, kamera ini sudah menghantarkan gambar beresolusi spasial yang sangat baik dan hampir seragam.
Lebih dari lima tahun, survei ini akan membuat gambar rinci berwarna dari seperdelapan luar angkasa, atau 5.000 derajat persegi, untuk menemukan dan mengukur 300 juta galaksi, 100.000 kluster galaksi dan 4.000 supernova.
Survei Dark Energy didukung pendanaan dari Departemen Energi AS, Yayasan Sains Nasional, lembaga-lembaga pendanaan di Inggris, Spanyol, Brazil, Jerman dan Swiss, serta institusi-institusi Dark Energy Survey yang berpartisipasi.
Informasi lebih lanjut tentang Dark Energy Survey, termasuk daftar institusi yang berpartisipasi, tersedia di situs proyek: www.darkenergysurvey.org.

Kredit: DOE/Fermi National Accelerator Laboratory

Read More

Gel Konduktor Listrik dengan Kinerja Tak Terduga berhasil Disintesis

Para peneliti Stanford telah menciptakan gel konduktor listrik yang cepat dan mudah dibuat, dapat dipolakan ke permukaan dengan sebuah printer inkjet dan menunjukkan kinerja listrik tak terduga.

Bahan ini, diciptakan oleh asisten profesor teknik kimia Stanford Zhenan Bao, asisten profesor ilmu dan teknik bahan Yi Cui, dan anggota lab mereka, adalah sejenis hidrogel konduktor – sebuah jelly yang terasa dan berperilaku seperti jaringan biologis, namun menghantarkan listrik seperti logam atau semikonduktor.
Kombinasi sifat ini memberikan janji besar bagi sensor biologi dan alat penyimpan energi masa depan, namun sulit dibuat hingga saat ini.
Penelitian ini hadir di jurnal Proceedings of the National Academy of Sciences.

Mencetak Jell-O
Bao dan Cui membuat gel ini dengan mengikat rantai panjang senyawa organik anilin bersama dengan asam fitik, yang ditemukan secara alami dalam jaringan tanaman. Asam ini mampu menangkap enam rantai polimer sekaligus, membuat jaringan saling silang yang luas.
“Sudah ada polimer konduktor yang tersedia secara komersil,” kata Bao, “namun semuanya berbentuk film seragam tanpa struktur nano.”
Sementara itu, saling silang gel ini membuat struktur kompleks mirip spons. Hidrogel ditandai dengan pori-pori kecil yang sangat banyak yang memperluas permukaan gel, meningkatkan jumlah muatan yang dapat ia simpan, kemampuannya mengindera zat kimia, dan mempercepat respon listriknya.
Walaupun begitu, gel ini dapat dimanipulasi dengan mudah. Karena bahan ini tidak mengeras hingga langkah terakhir sintesisnya, ia dapat dicetak atau disimbur sebagai cairan dan diubah menjadi gel setelah ia menempel – artinya pabrik dapat membuat elektroda berpola menarik dengan harga murah.
“Anda tidak dapat mencetak Jell-O,” kata Cui. “Namun dengan teknik ini, kami dapat mencetaknya dan membuatnya menjadi Jell-O nanti.”

Elektroda lembut
Struktur tidak biasa dari bahan ini juga memberhkan gel yang disebut Cui sebagai
“sifat elektronika luar biasa.”
Sebagian besar hidrogel terikat oleh sejumlah besar molekul pengisolasi, mengurangi kemampuan keseluruhan bahan untuk melewatkan arus listrik. Namun asam fitik adalah “dopan molekul-kecil” – berarti kalau ketika ia berikatan dengan rantai polimer, ia juga memberikan muatan pada mereka. Efek ini membuat hidrogel ini sangat konduktif.
Konduktansi gel ini adalah “diantara yang terbaik yang bisa anda dapatkan lewat proses semacam ini,” kata Cui. Kapasitasnya untuk menyimpan muatan sangat tinggi, dan responnya pada muatan yang diberikan luar biasa cepat.
Kesamaan zat ini pada jaringan biologis, luas permukaannya yang besar dan kemampuan listriknya membuatnya sesuai untuk memungkinkan sistem biologi berkomunikasi dengan perangkat keras teknologi.
Para peneliti membayangkan ia digunakan dalam segalanya dari pelacak medis dan sensor biologis di lab hingga sel bahan bakar dan kapasitor kepadatan energi tinggi.
“Dan semua yang ia buat adalah bahan-bahan yang tersedia secara komersil yang dilemparkan dalam sebuah larutan air,” kata Bao.
Pengarang perdana makalah ini adalah Guihua Yu, pasca doktoral dalam teknik kimia di Stanford, dan Lijia Pan, sarjana tamu teknik kimia dari Universitas Nanjing, China.

Institut Energi Precourt Stanford mendanai penelitian ini.
Sumber berita:
Stanford University.

Referensi jurnal:
L. Pan, G. Yu, D. Zhai, H. R. Lee, W. Zhao, N. Liu, H. Wang, B. C.- K. Tee, Y. Shi, Y. Cui, Z. Bao. Hierarchical nanostructured conducting polymer hydrogel with high electrochemical activity. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2012; 109 (24): 9287 DOI: 10.1073/pnas.1202636109

Read More

Dimensi Waktu selain Satu

Mengapa waktu berdimensi satu? Tulisan berikut dikutip dari makalah Tegmark berjudul Is “the theory of everything” merely the ultimate ensemble theory?” yang memberikan argument mengapa sebuah dunia dengan ruang waktu berdimensi n+m hanya dapat mengandung mahluk sadar pada dimensi waktu m=1, tidak peduli berapa jumlah dimensi ruangnya.

Sementara kasus dimana dimensi ruang tidak sama dengan tiga telah sering dibahas di literatur, kasus dimana dimensi waktu tidak sama dengan satu. Hal ini sebagian karena korespondensi antara sudut pandang luar dan dalam lebih sulit dibuat dalam kasus waktu. Ketika mencoba membayangkan ruang berdimensi 4, kita dapat membuat analogi dengan pembayangan ruang berdimensi 3 pada dunia berdimensi 2, seperti yang dilakukan Edwin Abbot dalam novelnya “Flatland”. Namun seperti apa realitas jika ada mahluk sadar yang hidup di dunia dengan dimensi waktu 2?
Satu hal yang harus dicatat adalah bahkan untuk ruang lebih dari satu dimensi waktu, tidak ada alas an yang jelas mengapa suatu mahluk cerdas tidak dapat mempersepsi waktu sebagai berdimensi satu, sehingga mempertahankan pola memiliki “pikiran” dan “persepsi” dalam sukses satu dimensi yang mencirikan persepsi realitas kita. Jika suatu mahluk adalah benda terlokalisasi, ia akan berjalan pada sebuah garis waktu berdimensi waktu satu lewat manifold ruang waktu berdimensi n+m. Relativitas umum standar mengenai waktu pantas didefinisikan dengan jelas, dan kita menduga inilah waktu yang akan diukur jika ia memiliki sebuah jam dan ia akan dialami secara subjektif.

Perbedaan-perbedaan ketika Waktu tidak satu dimensi
Tidak perlu lagi dikatakan, banyak aspek dunia akan berbeda. Sebagai contoh, penurunan ulang mekanika relativitstik untuk kasus yang lebih umum ini menunjukkan kalau energy sekarang menjadi vector berdimensi-m bukannya sebuah konstan, yang arahnya menentukan dimana arah waktu garis dunia akan berlanjut, dan dalam batas non relativistic, arah ini adalah konstanta gerakan. Dengan kata lain, jika dua pengamat non relativistic bergerak dalam arah waktu berbeda bertemu di suatu titik dalam ruang waktu, mereka akan kembali mengapung terpisah dalam arah waktu terpisah pula, tidak mampu tetap bertemu.
Perbedaan lain yang menarik, yang dapat ditunjukkan dengan sebuah argument geometri yang elegan, adalah partikel menjadi kurang stabil ketika dimensi waktu lebih dari satu. Untuk sebuah partikel agar mampu meluruh ketika dimensi waktu satu, tidak cukup kalau ada seperangkat partikel dengan bilangan kuantum yang sama. Juga perlu kalau jumlah massa diamnya harus kurang dari massa diam partikel asli, tidak peduli seberapa besar energi kinetiknya. Ketika dimensi waktu lebih dari satu, kendala ini lenyap. Sebagai contoh,Sebuah proton dapat meluruh menjadi satu neutron, satu positron, dan satu neutrino,Sebuah elektron dapat meluruh menjadi satu neutron, satu antiproton, dan satu neutrino, Sebuah foton dengan energi yang cukup dapat meluruh menjadi partikel apapun bersama antipartikelnya Selain dua perbedaan ini, akan ada kebalikan dari “sebab akibat” ketika dimensi waktu lebih dari satu. Memang hal ini tidak mencegah eksistensi dari suatu mahluk. Lagi pula, kita harus menghindari asumsi kalau desain tubuh kita hanya satu-satunya yang memungkinkan kesadaran. Elektron, proton, dan foton akan masih tetap stabil bila energi kinetik mereka cukup rendah, jadi mungkin pengamat dapat masih hadir di daerah yang cukup dingin di dunia dengan dimensi waktu lebih dari satu.
Walau begitu, jauh dari trivial untuk memformulasikan sebuah teori medan kuantum dengan keadaan vakum stabil ketika dimensi waktu lebih dari satu. Diskusi detail mengenai masalah ketidakstabilan dengan dimensi lebih dari satu diberikan oleh Linde, juga dalam konteks antropik, dan isu ini dekat kaitannya dengan sifat ultrahiperbolik.
Ada tambahan masalah untuk mahluk ketika dimensi waktu lebih dari satu, yang belum pernah ditekankan walaupun hasil matematikanya diketahui. Ia berangkat dari perlunya prediktabilitas. Jika suatu mahluk mampu membuat kemampuan mengolah informasi dan kesadaran diri, hukum fisika harus sedemikian hingga ia dapat membuat prediksi. Dalam kerangka sebuah teori medan, ia harus mengukur berbagai nilai medan sekitarnya pada suatu titik ruang waktu yang jauh (yang berada di garis waktu masa depannya) dengan kesalahan tidak tak terhingga. Hal ini hanya dipenuhi oleh beberapa kelas persamaan diferensial parsial, khususnya yang hiperbolik.

Skema klasifikasi Persamaan Diferensial Parsial (PDP)
Semua bahan matematik berikut terkenal dengan baik. Dengan diberikan sebuah persamaan diferensial parsial linier orde kedua dalam Rd,




Dimana matriks A (yang dapat dipandang simetrik), vector b, dan scalar c memberikan fungsi terdiferensial dari koordinat d, umumnya ia dapat diklasifikasikan tergantung pada tanda nilai eigen A. PDP dikatakan

Eliptik dalam beberapa wilayah Rd jika mereka semua positif atau semua negative,
Hiperbolik jika satu positif dan lainnya negatif (atau sebaliknya), dan
Ultrahiperbolik dalam kasus lainnya, yaitu dimana setidaknya dua nilai eigen positif dan setidaknya dua nilai negatif.
Apa hubungannya dengan dimensialitas ruang waktu? Untuk berbagai persamaan medan kovarian alam yang menyatakan dunia kita (persamaan gelombang, persamaan Klein-Gordon, dsb), matriks A jelas memiliki nilai eigen seperti tensor metric. Sebagai contoh, ia akan hiperbolik dalam sebuah metrik dengan signatur (+—), sesuai dengan (n,m) = (3,1), eliptik dalam metrik dengan signatur (+++++), sesuai dengan (n,m)=(5,0), dan ultrahiperbolik dalam metric dengan signatur (++–).

Masalah yang Baik dan Buruk
Salah satu masalah klasifikasi standar PDP adalah ia menentukan struktur sebab akibat, yaitu bagaimana syarat batas harus dinyatakan untuk membuat masalah yang baik. Singkatnya, masalah dikatakan baik jika syarat batas menentukan solusi yang unik u dan jika ketergantungan solusi ini pada data batas (yang selalu linier) terbatas. Syarat terakhir berarti kalau solusi u pada suatu titik hanya akan berubah dengan jumlah yang terbatas bila data batas berubah dengan jumlah terbatas pula. Karenanya, bahkan bila sebuah masalah yang buruk dapat diselesaikan secara formal, solusi ini pada prakteknya tidak bermanfaat bagi mahluk, karena ia harus mengukur data awal dengan akurasi tak terhingga agar mampu memberikan tingkat kesalahan terhingga pada solusi (kesalahan pengukuran apapun akan menyebabkan kesalahan solusi menjadi tak terhingga).

Kasus Eliptik
Persamaan eliptik memungkinkan masalah bernilai batas. Sebagai contoh, persamaan Laplace berdimensi d dengan u terspesifikasi pada hiperpermukaan berdimensi d-1 menentukan solusi dimanapun dalam permukaan tersebut. Di sisi lain, memberikan data awal untuk PDP eliptik pada permukaan tak tertutup, katakanlah sebuah bidang, adalah sebuah masalah yang buruk. Ini berarti suatu mahluk di dunia tanpa dimensi waktu (m=0) tidak akan mampu membuat kesimpulan sama sekali mengenai situasi di bagian lain ruangnya berdasarkan apa yang ia amati secara lokal. Dunia demikian akan gagal pada persyaratan prediktabilitas yang disebutkan di atas (lihat gambar 1).

















Number of spatial dimensions

Kasus hiperbolik
Persamaan hiperbolik, di sisi lain, memungkinkan masalah nilai awal yang baik. Untuk persamaan Klein-Gordon pada dimensi n+1, menentukan data awal (u dan u’) pada sebuah daerah hiperpermukaan mirip ruang menentukan u pada semua titik dimana daerah ini memotong lewat kerucut cahaya terbalik, sepanjang m2 lebih besar atau sama dengan nol. Sebagai contoh, data awal pada cakram berarsir pada gambar 2 menentukan solusi dalam volume yang dibatasi oleh dua kerucut, termasuk ujung (yang hilang). Suatu mahluk lokal dapat membuat prediksi mengenai masa depannya. Bila masalah yang dipertimbangkan adalah suhu rendah yang non relativistic, maka medan akan mengandung mode-mode Fourier dengan bilangan gelombang |k| jauh lebih kecil dari m, yang berarti kalau untuk semua tujuan praktis, solusi pada suatu titik ditentukan oleh data awal dalam “kerucut sebab akibat” dengan sudut bukaan jauh lebih sempit dari 45 derajat. Sebagai contoh, ketika kita menemukan diri kita dalam sebuah lembah cekung dimana tidak ada kecepatan makro lebih dari 10 m/detik, kita dapat memakai informasi dari hiperpermukaan spasial dengan radius 10 meter (volume bola) untuk meramalkan satu detik di masa depan.



















Gambar 2: Struktur kausalitas untuk persamaan hiperbolik dan ultrahiperbolik
Kasus hiperbolik dengan permukaan hiper yang buruk
Jika data awal untuk PDP hiperbolik dikhususkan pada sebuah permukaan hiper yang tidak mirip ruang, masalah menjadi buruk. Gambar 2 memberikan pemahaman intuitif mengenai apa yang salah. Sebuah korolari dari teorema oleh Asgeirsson menyatakan kalau jika kita menyatakan u dalam silinder seperti dalam gambar 2, maka ini menentukan u sepanjang daerah yang tersusun dari kerucut ganda terpancung. Dengan radius silinder ini mendekati nol, kita mendapatkan kesimpulan kalau menyediakan data dalam tujuan praktis daerah satu dimensi menentukan solusi dalam daerah tiga dimensi. Ini adalah gejala sebuah masalah yang buruk. Akibatnya adalah kita harus menentukan data input dengan akurasi tak terhingga, yang tentu saja mustahil dalam kesalahan pengukuran dunia nyata. Lebih lanjut, tidak peduli berapa sempitpun kita membuat silindernya, masalahnya selalu ada, karena data di paruh luar silinder ditentukan oleh paruh dalam silinder. Karenanya mengukur data dalam daerah besar tidak menghapus sifat buruk dari masalah, karena data tambahan tidak memberikan informasi baru. Begitu juga, data batas generic memungkinkan tidak adanya solusi sama sekali, karena ia tidak konsisten. Mudah untuk melihat kalau hal yang sama berlaku ketika menentukan data “awal” pada bagian permukaan hiper non mirip ruang, misalnya yang diberikan oleh y=0. Sifat ini analog dengan dimensi n+1, dan menunjukkan mengapa mahluk dalam ruang waktu berdimensi n+1 hanya dapat membuat prediksi pada arah mirip waktu.

Kasus ultrahiperbolik
Teorema Asgeirsson berlaku pada kasus ultrahiperbolik pula, menunjukkan kalau data awal pada sebuah permukaan hiper mengandung arah mirip ruang dan mirip waktu membawa pada masalah yang buruk. Walau begitu, karena sebuah permukaan hiper berdasarkan definisi memiliki dimensionalitas yang kurang satu dari pada manifold ruang waktu (data pada sebuah submanifold dimensionalitas lebih rendah tidak pernah memberikan masalah yang baik), tidak ada permukaan hiper mirip ruang atau mirip waktu dalam kasus ultrahiperbolik, yaitu ketika jumlah dimensi ruang dan waktu keduanya lebih dari satu. Dengan kata lain, dunia dalam daerah ultrahiperbolik (gambar 1) tidak dapat mengandung mahluk bila kita memaksa pada persyaratan prediktabilitas. Bersama dengan persyaratan kompleksitas dan stabilitas, hal ini menghapus semua kombinasi (n,m) dalam gambar 1 kecuali (3,1). Kita melihat apa yang membuat angka 1 begitu special adalah sebuah permukaan hiper dalam sebuah manifold memiliki dimensionalitas yang tepat 1 kurangnya dari manifold itu sendiri (dengan lebih dari satu dimensi waktu, sebuah permukaan hiper tidak dapat murni mirip ruang).

Dimensionalitas ruang-waktu
Telah dibahas mengenai PDP linier. Belum lagi kita membahas tentang system penuh dari PDP di alam bersifat non linier. Hal ini tidak melemahkan lesimpulan kita mengenai hanya m=1 yang memberikan masalah nilai awal yang baik. Ketika PDP memberikan masalah buruk bahkan secara lokal, dalam sebuah persekitaran kecil permukaan hiper (dimana kita dapat secara generik mendekati PDP non linier dengan yang linier), jelas kalau tidak ada suku non linier yang mampu membuatnya menjadi baik dalam persekitaran yang lebih besar. Begitu juga, menambahkan suku nonlinier membuat masalah baik justru menjadi buruk.

Dalam teori segalanya yang diajukan Tegmark, ada struktur matematika dengan eksistensi fisika yang memiliki hukum fisika yang tepat sama dengan kita namun dimensionalitas ruang waktu berbeda. Tampaknya kalau semua kecuali dimensi 3+1, tidak memiliki mahluk, atas alasan berikut:
Lebih atau kurang dari 1 dimensi waktu: prediktabilitas yang tidak cukup Lebih dari 3 dimensi ruang: stabilitas tidak cukup Kurang dari 3 dimensi ruang: kompleksitas tidak cukup Sekali lagi, argument di atas tentunya bukan bukti yang pasti. Sebagai contoh, dalam konteks model tertentu, kita dapat mempertimbangkan mempelajari kemungkinan struktur stabil dalam kasus (n,m) = (4,1) berdasarkan koreksi kuantum jarak dekat pada potensial 1/r2 atau pada partikel mirip string. Kita semata berargumen kalau jauh dari jelas kalau kombinasi selain (n,m) = (3,1) memungkinkan mahluk, karena perubahan kualitatif yang radikal muncul ketika n atau m diubah.

Memasukkan partikel Tachyonik
Bila ruang waktu berdimensi 1+3 bukannya 3+1, ruang dan waktu secara efektif akan memiliki peran yang berkebalikan, kecuali kalau m2 dalam persamaan Klein-Gordon akan memiliki tanda terbalik. Dengan kata lain, sebuah dunia berdimensi 1+3 akan seperti kita hanya semua partikelnya akan bersifat tachyonik, seperti pada gambar 1.
Banyak keberatan mengenai tachyon telah ditunjukkan tidak berdasar, namun juga tampak premature untuk menyimpulkan bahwa sebuah dunia dengan tachyon dapat memberikan mahluk dengan stabilitas dan prediktabilitas yang dibutuhkan. Masalah nilai awal masih bagus namun ketidakstabilan baru muncul. Sebuah foton dengan energi manasuka dapat meluruh menjadi pasangan tachyon-antitachyon, dan peluruhan terlarang lain yang telah kita bahas juga akan mungkin. Selain itu, fluktuasi dalam medan Tachyon dengan panjang gelombang diatas 1/m akan tidak stabil dan tumbuh secara eksponensial bukannya berosilasi. Pertumbuhan ini terjadi pada skala waktu 1/m, sehingga jika Alam semesta kita mengandung sebuah medan Tachyon dengan m lebih besar dari 1/(10^17) detik, ia akan mendominasi kepadatan kosmik dan menyebabkan Alam semesta kembali runtuh dalam big crunch sejak lama. Ini mengapa kotak (n,m) = (1,3) termasuk bagian yang dikeluarkan dalam gambar 1.

Sumber
Tegmark, M. Is “the Theory of everything” merely the ultimate ensemble theory? Annals of Physics, 270, 1-51, 1998

Referensi lanjut
G.Feinberg, Possibility of Faster-Than-Light Particles, Phys.Rev. 159,1089(1967)
L.Asgeirsson, Über eine Mitterwertseigenshaft von Lösungen homogener linearer partieller Differentialgleichung . Ordnung mit Konstanten Koefficienten, Math.Ann. 113,321(1936).
J.Dorling, Energy Levels of the Hydrogen Atom as a Relativistic Clock-Retardation Effect? Am.J.Phys. 38,539(1969).
R.Courant & D.Hilbert, Methods of Mathematical Physics (Interscience,NewYork,1962).
S.Weinberg, Dreams of a Final Theory (Pantheon, New York,1992).

Read More

Membentuk Guru Matematika yang Lebih Baik

Selama bertahun-tahun, diasumsikan kalau guru – khususnya guru matematika – perlu menguasai apa yang ingin mereka ajarkan. Dan cara terbaik melakukan ini adalah memberikan materi yang lebih tinggi.
Namun dalam sebuah makalah yang diterbitkan tanggal 23 juni 2011 dalam jurnal Science bagian forum pendidikan, Dr Brent Davis dari Universitas Calgary mengatakan kalau penelitian tidak mendukung keyakinan ini. Ada sedikit sekali bukti kalau pelajaran matematika tingkat lanjut mendorong pendidikan yang efektif.
“Anda tahu perasaan tersebut, ketika anda mencoba menjelaskan pada anak bagaimana menambah bilangan banyak angka, dan anda menyadari kalau menjadi begitu jelas dan masuk akal kalau anda bertanya mengapa itu terasa sulit?” tanya Davis, profesor dan kepala jurusan pendidikan matematika di fakultas pendidikan.
“Itu mengapa anda ingin menjadi seorang pakar, dan itu yang menyebabkan anda terhalang menjadi guru yang efektif. Dengan bertahun-tahun latihan dan pengalaman, mudah untuk melupakan sulitnya terlibat menjadi seorang yang baru belajar matematika untuk memahaminya.”
Dalam makalahnya, ”Mathematics Teachers’ Subtle, Complex Disciplinary Knowledge,” Davis berpendapat kalau studi terbaru menekankan pentingnya pengetahuan eksplisit guru mengenai muatan pelajaran matematika, juga sama berharganya bagi guru matematika untuk merasa nyaman dengan pengetahuan tasit yang tidak jelas dalam matematika. Tantangannya, kata Davis, adalah menemukan cara mengetahui pengetahuan tersebut.
Davis memakai contoh perkalian untuk menunjukkan bagaimana guru dapat menerapkan pengetahuan implisit menggunakan berbagai pendekatan untuk menjelaskan kehalusan matematika pada siswa mereka. Ketika memperkenalkan perkalian, konsep langsung penambahan berulang menjadi lebih jelas dengan penerapan yang lebih kompleks, seperti mengalikan pecahan atau mengalikan bilangan negatif.
Davis percaya jika guru mampu mengembangkan pemahaman matematika yang lebih mendalam bersama murid mereka, itu dapat mencegah siswa frustasi dalam mata pelajaran yang lebih tinggi dan mempersiapkan mereka menyumbang dalam ekonomi berbasis pengetahuan.
“Kita dapat membentuk guru matematika yang lebih baik,” kata Davis. “Namun lebih tentang keterlibatan satu sama lain untuk mendekonstruksi konsep daripada tentang belajar matematika lebih tinggi atau terlibat dalam pemecahan masalah.”

Sumber berita:
University of Calgary,

Referensi jurnal :
Brent Davis. Mathematics Teachers’ Subtle, Complex Disciplinary Knowledge. Science, 24 June 2011: Vol. 332 no. 6037 pp. 1506-1507 DOI: 10.1126/science.1193541

Read More

Sandi DNA Membentuk Partikel Nano Emas

DNA mengandung sandi genetik untuk segala jenis molekul dan sifat manusia. Namun para peneliti Universitas Illinois telah menemukan kalau sandi DNA dapat membentuk struktur logam pula.

Tim ini menemukan kalau segmen DNA dapat mengarahkan bentuk partikel nano emas – kristal emas kecil yang dapat diterapkan dalam kedokteran, elektronika, dan katalisis. Dipimpin oleh Yi Lu, profesor kimia di Universitas Illinois, tim ini menerbitkan temuan mengejutkan mereka di jurnal Angewandte Chemie.
“Sintesis partikel nano tersandi DNA dapat memberi kita cara baru untuk menghasilkan partikel nano dengan bentuk dan sifat teramalkan,” kata Lu. “Penemuan demikian berpotensi berdampak pada teknologi bio-nano dan penerapan dalam kehidupan sehari-hari seperti sebagai katalis, sensor, pencitraan, dan kedokteran.”
Partikel nano emas memiliki terapan yang luas pada biologi dan ilmu bahan karena sifat fisikokimianya yang unik. Sifat partikel nano emas sangat ditentukan oleh bentuk dan ukurannya, jadi penting untuk mampu merancang sifat partikel nano untuk terapan tertentu.
“Kami bertanya apakah kombinasi barisan DNA berbeda dapat memiliki ‘sandi genetik’ untuk mengarahkan sintesis bahan nano dengan cara yang sama dengan arah sintesis protein mereka,” kata Zidong Wang, lulusan baru dari grup Lu dan pengarang perdana makalah ini.
Partikel nano emas dibuat dengan merajut benih emas kecil dalam larutan garam emas. Partikel ini tumbuh sebagai emas dalam larutan garam yang terendapkan ke benih. Grup Lu menginkubasi benih emas dengan segmen pendek DNA sebelum menambah larutan garam, menyebabkan partikel ini tumbuh dalam berbagai bentuk yang ditentukan oleh sandi genetik DNA.
Abjad DNA mengandung empat huruf: A, T, G, dan C. Istilah sandi genetik merujuk pada barisan huruf-huruf ini, yang disebut basa. Empat basa dan kombinasinya dapat berikatan berbeda dengan benih nano emas dan mengarahkan jalur pertumbuhan benih emas, menghasilkan berbagai bentuk.
Dalam eksperimen mereka, para peneliti menemukan kalau untaian A berulang menghasilkan partikel emas bulat kasar; T menghasilkan bintang, C menghasilkan cakram bulat lempeng; dan G menghasilkan heksagon. Lalu grup ini menguji untai DNA yang merupakan kombinasi dua basa, misalnya, 10 T dan 20 A. Mereka menemukan kalau banyak basa bersaing satu sama lain menghasilkan bentuk perantara, walaupun A selalu mendominasi T.
Selanjutnya, para peneliti berencana menyelidiki bagaimana sandi DNA mengarahkan pertumbuhan partikel nano. Mereka juga berencana menerapkan metode mereka untuk mensintesis tipe bahan nano lainnya untuk penerapan baru.

Sumber berita:
University of Illinois at Urbana-Champaign.

Referensi jurnal:
Zidong Wang, Longhua Tang, Li Huey Tan, Jinghong Li, Yi Lu. Discovery of the DNA “Genetic Code” for Abiological Gold Nanoparticle Morphologies. Angewandte Chemie International Edition, 2012; DOI: 10.1002/anie.201203716

Read More

Menyaksikan Gerakan Elektron dalam Molekul Selama Reaksi Kimia

Dalam percobaan, Wörner dan rekan-rekannya mengukur cahaya elektron sehingga dapat menyimpulkan informasi rinci tentang distribusi elektron dan evolusinya seiring waktu.
Sebuah kelompok riset yang dipimpin ETH Zurich, untuk pertama kalinya, berhasil memvisualisasikan gerakan elektron selama reaksi kimia. Temuan baru dalam percobaan yang sangat penting dan fundamental bagi fotokimia ini juga bisa membantu dalam desain sel surya menjadi lebih efisien.Pada tahun 1999, Ahmed Zewail dianugerahi nobel dalam bidang kimia untuk studi reaksi kimia dengan menggunakan pulsa laser ultra-singkat. Zewail bisa menyaksikan gerakan atom, dan dengan demikian bisa memvisualisasikan keadaan transisi pada tingkat molekuler. Mampu menyaksikan dinamika elektron tunggal masih dianggap mimpi pada masa itu. Berkat perkembangan terbaru dalam teknologi laser dan penelitian dalam bidang spektroskopi attosecond (1 attosecond = 10?18 detik) penelitian ini telah berkembang pesat. Untuk pertama kalinya, Prof. Hans Jakob Wörner dari Laboratorium Kimia Fisik di ETH Zurich, bersama rekan-rekan dari Kanada dan Perancis, mampu merekam gerakan elektronik selama reaksi kimia. Percobaan ini dideskripsikan dalam edisi terbaru Science.

Tim peneliti menyinari molekul nitrogen dioksida (NO2) dengan pulsa ultraviolet yang sangat singkat. Selanjutnya, molekul mengambil energi dari pulsa yang mengatur elektron dalam gerakan. Elektron-elektron itu mulai menata ulang diri mereka sendiri, yang menyebabkan awan elektron berosilasi di antara dua bentuk yang berbeda dalam waktu yang sangat singkat, sebelum molekul mulai bergetar dan akhirnya terurai menjadi oksida nitrat dan sebuah atom oksigen.


Gambar ini menunjukkan titik potong kerucut dan dua keadaan elektronik molekul NO2 sebelum terdisosiasi. (Kredit: Wörner/ETH Zürich)

Titik Potong Kerucut
Nitrogen dioksida memiliki karakter model yang berkenaan dengan pemahaman gerakan elektronik. Dalam molekul NO2, dua keadaan elektron dapat memiliki energi yang sama untuk sebuah geometri tertentu – umumnya digambarkan sebagai titik potong kerucut. Titik potong kerucut sangat penting bagi fotokimia dan sering terjadi dalam proses kimia alami yang disebabkan oleh cahaya. Titik potong kerucut bekerja seperti saklar tukik. Misalnya, jika retina mata manusia disinari cahaya, elektron mulai bergerak, dan molekul retina mengubah bentuknya, yang akhirnya mengubah informasi cahaya menjadi informasi listrik bagi otak manusia. Aspek khusus tentang titik potong kerucut adalah bahwa gerakan elektron ditransfer menjadi gerakan atom yang sangat efisien.

Memotret elektron
Dalam artikel sebelumnya, Hans Jakob Wörner telah mempublikasikan bagaimana spektroskopi attosecond dapat digunakan untuk menyaksikan gerakan elektron. Pulsa ultraviolet lemah pertama mengatur elektron agar bergerak. Pulsa inframerah kuat kedua kemudian menghilangkan elektron dari molekul, mempercepat dan mendorongnya kembali ke molekul. Akibatnya, sebuah pulsa cahaya attosecond terpancarkan, membawa sebuah potret distribusi elektron dalam molekul. Wörner mengilustrasikan prinsip spektroskopi attosecond sebagai berikut: “Percobaan ini dapat dibandingkan dengan foto-foto, misalnya, gambar peluru yang ditembakkan melalui apel. Peluru itu akan terlalu cepat bagi penutup kamera, sehingga menghasilkan gambar yang buram. Dengan demikian, penutupnya dibiarkan terbuka dan gambar diterangi dengan cahaya berkedip, yang lebih cepat daripada peluru. Begitulah cara kami memperoleh potret tersebut.”

Dari percobaan hingga ke sel surya

Ketika elektron kembali ke molekul, ia melepaskan energi dalam bentuk cahaya. Dalam percobaan, Wörner dan rekan-rekannya mengukur cahay` elektron sehingga dapat menyimpulkan informasi rinci tentang distribusi elektron dan evolusinya seiring waktu. Informasi ini mengungkap rincian mekanisme reaksi kimia yang tidak bisa diakses pada sebagian besar teknik-teknik eksperimental sebelumnya. Percobaan pada NO2 membantu memahami proses-proses fundamental dalam molekul dan merupakan ekstensi ideal bagi simulasi komputer untuk proses fotokimia: “Apa yang membuat percobaan kami begitu penting adalah, hal ini memverifikasi model teoritis,” kata Wörner. Kepentingan besar dalam proses fotokimia tidaklah mengejutkan, sebagaimana area penelitian ini bertujuan untuk pengembangan sel surya dan membuat fotosintesis buatan menjadi hal yang mungkin.

Kredit: ETH Zürich
Jurnal: H. J. Worner, J. B. Bertrand, B. Fabre, J. Higuet, H. Ruf, A. Dubrouil, S. Patchkovskii, M. Spanner, Y. Mairesse, V. Blanchet, E. Mevel, E. Constant, P. B. Corkum, D. M. Villeneuve. Conical Intersection Dynamics in NO2 Probed by Homodyne High-Harmonic Spectroscopy. Science, 2011; 334 (6053): 208 DOI: 10.1126/science.1208664

Read More

Bagaimana mengubah tiap bilangan menjadi 19

Anda mungkin pernah mendengar kalau ada kode 19 dalam kitab kuno dan hal tersebut menunjukkan kalau kitab tersebut tidak mungkin di buat oleh manusia. Berikut bagaimana cara menemukan kode 19 pada semua buku yang dibuat manusia, dan membuktikan kalau buku tersebut tidak mungkin dibuat manusia.
Bagaimana membuat 18 terlihat seperti 19?
Dalam sistem desimal biasa kita, 18 berarti kita punya 8 satuan dan 1 puluhan, 73 berarti kita punya 3 satuan dan 7 puluhan. Sekarang, dengan cara yang sama, tafsirkan 18 untuk ditulis dalam basis 11 (berarti angka pertama menandai berapa banyak 11 anda miliki dan angka terakhir menandai berapa banyak satuan dan KEAJAIBAN muncul:

’18′ berarti 1 x 11 + 8 x 1 = 19 !!!

Sekarang, hal ini selalu dapat dilakukan dalam dua arah. Kita bisa mengambil sebuah bilangan dan membayangkannya dalam sistem bilangan berbeda dan menghitung nilai desimal “real” dengan metode di atas.
Atau, sebaliknya, kita bisa mengambil bilangan tersebut sebagai desimal dan berpikir, bagaimana seandainya ia dalam sistem bilangan lainnya dengan basis yang sesuai?
Jadi, misalkan kita punya 73, mari kita lihat bagaimana mengubahnya menjadi bilangan lain sehingga terlihat seperti “19”. Mudah saja:

Kita perlu 9 satuan digit terakhir, 73-9 = 64, jadi 64 adalah basis sistem baru kita, dan menulisnya dalam basis 64, bilangan 73 menjadi

’19′ = 1 x 64 + 9 x 1 = 73 Keajaiban!

Walaupun kita memilih bilangan 73 secara acak tanpa perencanaan, ini pasti wahyu ilahi, karena basis yang tepat untuknya adalah 64 yang merupakan kuadrat 8 atau 2^6 (2 pangkat 6) dan siapa yang bisa menolak kalau pangkat seperti 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 punya misteri di dalamnya?

Dengan metode pertama, walau tidak semua namun BANYAK bilangan dapat diubah menjadi “19”, dengan metode kedua semua bilangan lebih besar dari 19 dapat diubah menjadi 19. Dengan metode ini, tebak berapa kemungkinan mampu mengubah bilangan apapun menjadi “19”? Tepat, kemungkinannya SATU, karena dari tak terhingga banyaknya bilangan, hanya sedikit saja yang tidak dapat diubah menjadi 19, yang lain semua bisa.

Referensi lanjut
http://ibnumariam.wordpress.com/2010/06/18/rahasia-angka-19-dalam-al-quran/

Read More

Menjauhkan Flu: Protein Sintetik Mengaktifkan Sistem Kekebalan dalam Dua Jam

Para peneliti San Diego State University di Pusat Biosains Donald P. Shiley menemukan rahasia membantu sistem kekebalan melawan flu sebelum ia membuat anda sakit.
Sebuah studi yang diterbitkan tanggal 6 Juli 2012 di jurnal Public Library of Science PloS One, menemukan kalau EP67, sebuah protein sintetik kuat, mampu mengaktivasi sistem kekebalan yang diam dalam hanya dua jam setelah dikonsumsi.
Sebelum studi ini, EP67 telah umumnya dipakai sebagai ajuvan untuk vaksin, yaitu sesuatu yang ditambahkan ke vaksin untuk membantu mengaktivasi respon kekebalan. Namun Joy Phillips PhD, pengarang utama studi ini bersama dengan koleganya Sam Sanderson PhD dari Pusat Medis Universitas Nebraska melihat potensi kalau ia dapat bekerja sendiri.
“Virus flu sangat lincah dan secara aktif menjaga sistem kekebalan dari mendeteksinya untuk beberapa hari hingga anda mendapatkan gejala,” kata Phillips. “Penelitian kami menunjukkan kalau dengan memasukkan EP67 ke tubuh dalam 24 jam paparan ke virus flu membuat sistem kekebalan bereaksi hampir seketika pada ancaman tersebut, sebelum tubuh anda secara normal mampu melakukannya.”
Karena EP67 tidak bekerja pada virus namun pada sistem kekebalan itu sendiri, ia berfungsi sama tidak peduli apa strain flunya, berbeda dengan vaksin influenza yang harus tepat sesu`i dengan strain yang sedang beredar.
Phillips mengatakan walau studi ini berfokus pada flu, tapi EP67 berpotensi bekerja pada penyakit pernapasan dan infeksi jamur lainnya dan dapat berpotensi besar untuk terapi gawat darurat.
“Ketika anda menemukan kalau anda terpaparkan flu, perawatan satu-satunya sekarang adalah menyerang virus secara langsung yang tidak handal dan seringkali virus mengembangkan resistensi terhadapnya,” kata Phillips. “EP67 dapat secara potensial menjadi terapi bagi orang yang mengetahui dirinya terpaparkan dan membantu tubuh memerangi virus sebelum anda sakit.”
Ia bahkan dapat juga dipakai dalam peristiwa strain baru penyakit menular, sebelum patogen aktual ditemukan, seperti pada SARS dan wabah influenza H1N1 2009, kata Phillips.
Saat ini, pengujian sudah dilakukan umumnya pada tikus dengan menularkan mereka virus flu. Mereka yang diberi dosis EP67 dalam 24 jam infeksi tidak sakit (atau sesakit) yang tidak diberikan EP67.
Level kesakitan tikus diukur berdasarkan hilangnya berat badan. Secara tipikal, tikus kehilangan sekitar 20 persen beratnya ketika terinfeksi flu namun tikus yang dirawat dengan EP67 kehilangan rata-rata hanya 6 persen. Lebih penting lagi, tikus yang dirawat sehari setelah diinfeksi dengan dosis influenza yang mematikan ternyata tidak mati, kata Phillips.
Ia mengatakan kalau ada implikasi besar bagi kedokteran hewan, karena EP67 aktif pada hewan, termasuk burung.
Penelitian di masa datang akan memeriksa pengaruh EP67 dalam keberadaan jumlah patogen lain dan melihat lebih dekat fungsi EP67 dalam berbagai sel di tubuh.

Sumber berita:
San Diego State University.

Referensi jurnal:
Sam D. Sanderson, Marilyn L. Thoman, Kornelia Kis, Elizabeth L. Virts, Edgar B. Herrera, Stephanie Widmann, Homero Sepulveda, Joy A. Phillips. Innate Immune Induction and Influenza Protection Elicited by a Response-Selective Agonist of Human C5a. PLoS ONE, 2012; 7 (7): e40303 DOI: 10.1371/journal.pone.0040303

Read More

Fisikawan Membelah Atom Menggunakan Presisi Mekanika Kuantum

Kuncinya adalah putaran atom yang bisa masuk ke kedua arah secara bersamaan.Para peneliti dari Universitas Bonn baru saja menunjukkan cara bagaimana atom tunggal dapat dibagi menjadi dua bagian, dipisahkan dan kemudian disatukan kembali. Meskipun kata “atom” secara harafiah berarti “tak dapat dibagi,” namun hukum mekanika kuantum memungkinkan atom dapat dibagi – mirip dengan sinar cahaya – dan menyatukannya kembali.
Hasilnya baru saja dipublikasikan dalam jurnal Proceeding of National Academy of Sciences.
Hukum mekanika kuantum memungkinkan objek berada dalam beberapa keadaan secara bersamaan. Inilah yang disebut sebagai celah-ganda, di mana sebuah partikel dapat melalui dua celah sekaligus. Para ilmuwan Bonn bekerja sama dengan Prof. Dr. Dieter Meschede dari Institut untuk Fisika Terapan Universitas Bonn, berhasil menjaga agar atom tunggal secara bersamaan tetap berada di dua tempat yang berjarak lebih dari sepuluh mikrometer, atau seperseratus milimeter, secara terpisah. Ini adalah jarak yang sangat besar untuk seukuran atom. Setelah itu, atom itu disatukan kembali tanpa ada kerusakan.

Atom berkepribadian ganda
Efek kuantum hanya dapat terjadi pada suhu terendah dan dengan penanganan yang cermat. Salah satu metodenya adalah pendinginan atom caesium dengan menggunakan laser, dan kemudian menahannya dengan laser lain. Sinar laser inilah yang menjadi kunci untuk membelah atom. Hal ini bisa dilakukan karena atom memiliki putaran yang bisa masuk ke dalam dua arah. Tergantung pada arahnya, atom bisa dipindahkan ke kanan atau ke kiri dengan laser. Kuncinya adalah putaran atom yang bisa masuk ke kedua arah secara bersamaan. Jadi, jika atom tersebut dipindahkan ke kanan dan kiri pada saat yang sama, maka ia akan terbelah. “Atom memiliki semacam kepribadian ganda, setengah darinya adalah ke sebelah kanan, dan setengahnya ke sebelah kiri, namun tetap utuh,” jelas Andreas Steffen, penulis utama dalam makalah.


Maximilian Genske, Noomen Belmechri, Andreas Steffen dan Dr. Andrea Alberti dalam laboratorium. (Kredit: Barbara Frommann/Uni Bonn)

Bagian-bagian yang membandingkan “pengalaman” mereka

Tapi Anda tidak bisa melihat langsung pembelahannya; jika Anda menyinari atom untuk mengambil gambarnya, maka pembelahan ini akan runtuh dengan segera. Atom kemudian bisa dilihat pada beberapa gambar, terkadang di sebelah kiri, terkadang di sebelah kanan - tapi tidak pernah di kedua tempat. Bagaimanapun juga, pembelahan ini bisa dibuktikan dengan menyatukan kembali atom tersebut. Dengan demikian, sebuah interferometer dapat dibangun dari atom, yang misalnya, bisa digunakan untuk mengukur dampak eksternal secara tepat. Di sini, atom dibagi, bergerak terpisah dan bergabung lagi. Apa yang kemudian bisa terlihat, misalnya, adalah perbedaan antara medan magnet dari dua posisi atau akselerasi sejak keduanya tercetak dalam keadaan mekanika kuantum. Prinsip ini telah digunakan untuk mensurvei dengan sangat tepat gaya seperti percepatan bumi.

Sistem kuantum sebagai alat?

Para ilmuwan Bonn, bagaimanapun juga, mencari sesuatu yang lain, yaitu mensimulasikan sistem kuantum yang kompleks. Banyak fisikawan telah lama berharap untuk mampu mensimulasikan apa yang disebut sebagai isolator topologi atau fotosintesis tanaman – fenomena yang sulit untuk ditangkap dengan komputer-komputer super modern – dengan menggunakan sistem kecil kuantum. Langkah pertama dalam perjalanan ke simulator bisa terdiri dari pemodelan pergerakan elektron dalam tubuh yang padat, sehingga memperoleh wawasan untuk perangkat elektronik yang inovatif. Contoh untuk hal ini adalah gerak Dirac elektron pada lapisan grafik tunggal atau munculnya molekul buatan dari partikel-partikel yang berinteraksi. Namun untuk tujuan yang satu ini, atom tidak saja harus dikendalikan dengan baik, tetapi juga dihubungkan berdasarkan hukum mekanika kuantum karena inti dari materi terletak persis di dalam sebuah struktur yang terdiri dari banyak objek kuantum.

Sebuah roda dalam gearbox

“Bagi kami, atom adalah roda penggerak yang terkendali dengan baik dan lancar,” kata Dr. Andrea Alberti, yang memimpin tim riset untuk percobaan Bonn. “Anda dapat membuat sebuah kalkulator dengan kinerja yang luar biasa dengan menggunakan roda-roda, namun agar kalkulator ini bekerja, semua roda itu harus terlibat.” Di sinilah letak signifikansi sebenarnya dari atom yang terbelah: Karena kedua bagiannya disatukan kembali, mereka dapat melakukan kontak dengan atom yang berdekatan dengan kiri maupun kanan dan kemudian berbagi. Hal ini memungkinkan jaringan kecil atom-atom ke bentuk yang bisa digunakan – seperti dalam memori komputer – untuk mensimulasi dan mengontrol sistem yang nyata, yang akan membuat rahasia mereka lebih mudah diakses. Para ilmuwan yakin bahwa seluruh potensi untuk mengontrol sebuah atom akan menjadi jelas dari waktu ke waktu.

Kredit: Universitas Bonn
Jurnal: A. Steffen, A. Alberti, W. Alt, N. Belmechri, S. Hild, M. Karski, A. Widera, D. Meschede. Digital atom interferometer with single particle control on a discretized space-time geometry. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2012; DOI: 10.1073/pnas.1204285109

Read More

Ledakan Sinar-Gamma Menyingkap Susunan Kimiawi yang Tak Terduga pada Galaksi-galaksi Awal

Pengamatan baru yang mengejutkan ini mengungkapkan bahwa beberapa galaksi tersebut sudah sangat dilimpahi dengan elemen berat kurang dari dua miliar tahun setelah Big Bang. Tim astronom internasional menggunakan cahaya singkat yang cemerlang dari ledakan sinar-gamma sebagai penerang untuk mempelajari susunan galaksi yang sangat jauh. Yang mengejutkan, observasi yang menggunakan Very Large Telescope milik ESO ini, mengungkapkan bahwa dua galaksi di alam semesta awal ternyata dilimpahi dengan elemen-elemen kimiawi yang lebih berat dari Matahari. Kedua galaksi itu mungkin sedang dalam proses penggabungan.
Peristiwa seperti itu di alam semesta awal akan mendorong pembentukan bintang-bintang baru dan mungkin menjadi pemicu ledakan sinar-gamma. Ledakan sinar-gamma adalah ledakan yang paling terang di alam semesta. Pertama kali ditemukan oleh observatorium orbital yang mendeteksi ledakan pendek sinar-gamma awal. Setelah posisinya menempati taret, ledakan ini kemudian segera dipelajari dengan menggunakan teleskop besar berbasis darat yang dapat mendeteksi sisa kilauan cahaya dan infra merah, yang memancarkan semburan selama berjam-jam hingga berhari-hari. Salah satunya yang meledak, yang disebut GRB 090323, pertama kali ditemukan oleh Teleskop Fermi Gamma-ray Space milik NASA. Segera setelah ditangkap oleh detektor sinar-X pada satelit Swift NASA dan dengan sistem Grond pada teleskop MPG/ESO 2,2 meter di Chili, kemudian dipelajari secara rinci dengan menggunakan Very Large Telescope (VLT) milik ESO, hanya satu hari setelah ledakan itu terjadi. Pengamatan VLT menunjukkan bahwa cahaya cemerlang dari ledakan sinar-gamma telah melewati galaksi inangnya sendiri dan galaksi lain di dekatnya. Galaksi-galaksi ini terlihat sebagaimana berada di masa sekitar 12 miliar tahun yang lalu. Galaksi-galaksi jauh tersebut sangat jarang terjebak dalam kilauan ledakan sinar-gamma. Gambar hasil impresi artis ini menunjukkan dua galaksi di alam semesta awal. Ledakan brilian di sebelah kiri adalah ledakan sinar-gamma. Sebagaimana cahaya ledakan melewati dua galaksi dalam perjalanannya ke Bumi (di luar frame ke kanan) beberapa warna yang diserap oleh gas dingin di galaksi, meninggalkan karakteristik garis-garis gelap dalam spektrum. Studi yang cermat pada spektrum ini telah memungkinkan para astronom untuk menemukan bahwa kedua galaksi ini sangat kaya akan unsur kimia yang lebih berat. (Kredit: ESO/L. Calçada) “Saat kami mempelajari cahaya dari ledakan sinar-gamma itu kami tidak tahu apa yang mungkin akan kami temukan. Sungguh mdngejutkan bahwa gas dingin pada kedua galaksi di alam semesta awal terbukti memiliki susunan bahan kimia yang tak terduga.” jelas Sandra Savaglio (dari Institut Max-Planck untuk Extraterrestrial Fisika, Garching, Jerman), penulis utama makalah. “Galaksi-galaksi itu mengandung elemen-elemen yang lebih berat daripada yang pernah terlihat pada sebuah galaksi yang sangat awal dalam evolusi alam semesta. Kami tidak menduga alam semesta menjadi sedemikian matang, sedemikian berevolusi secara kimiawi, sedemikian awal.” Saat cahaya ledakan sinar-gamma melewati galaksi, gasnya bertindak seperti saringan, dan menyerap sebagian cahaya ledakan sinar-gamma pada panjang gelombang tertentu. Tanpa ledakan sinar-gamma, galaksi ini akan terlihat samar. Dengan hati-hati menganalisis sidik jari unsur-unsur kimiawinya yang berbeda, tim riset mampu mengetahui komposisi gas dingin dalam galaksi-galaksi yang sangat jauh itu, khususnya bagaimana galaksi-galaksi itu dilimpahi dengan elemen-elemen berat. Dugaan sebelumnya menyebutkan bahwa galaksi-galaksi di alam semesta muda hanya mengandung sejumlah kecil elemen-elemen berat dibandingkan galaksi-galaksi pada saat ini. Elemen-elemen berat yang dihasilkan selama kehidupan dan kematian generasi-generasi bintang, secara bertahap memperkaya gas di galaksi. Para astronom dapat menggunakan kelimpahan kimiawi dalam galaksi-galaksi untuk menunjukkan seberapa jauh mereka melalui kehidupan mereka. Namun pengamatan baru yang mengejutkan ini mengungkapkan bahwa beberapa galaksi tersebut sudah sangat dilimpahi dengan elemen berat kurang dari dua miliar tahun setelah Big Bang. Sesuatu yang tak terpikirkan hingga saat ini. Pasangan galaksi muda yang baru ditemukan ini pastilah membentuk bintang-bintang baru pada tingkat yang luar biasa, untuk memperkaya gas dingin dengan sedemikian kuat dan cepat. Karena kedua galaksi itu saling mendekat satu sama lain, mereka mungkin dalam proses penggabungan, yang juga akan memicu pembentukan bintang ketika awan gas saling bertabrakan. Hasil baru ini juga mendukung gagasan bahwa ledakan sinar gamma dapat berhubungan dengan pembentukan bintang masif yang kuat. Pembentukan bintang energik di galaksi seperti ini mungkin sudah berhenti pada awal sejarah alam semesta. Dua belas miliar tahun kemudian, pada saat ini, sisa-sisa galaksi tersebut akan berisi sejumlah besar sisa-sisa bintang seperti lubang hitam dan bintang kerdil dingin, membentuk populasi “galaksi mati” yang sulit untuk dideteksi, yang hanya berupa bayangan samar-samar. Menemukan mayat seperti itu pada masa sekarang akan menjadi sebuah tantangan. “Kami sangat beruntung dapat mengamati GRB 090323 saat ledakan itu masih cukup terang, sehingga adalah mungkin untuk memperoleh pengamatan spektakuler secara rinci dengan VLT. Ledakan sinar-gamma menunjukkan terangnya hanya dalam waktu yang sangat singkat, dan untuk memperoleh kualitas datanya yang baik sangatlah sulit. Kami berharap bisa mengamati galaksi-galaksi ini lagi di masa depan saat kita memiliki instrumen yang jauh lebih sensitif, mereka akan menjadi target yang sempurna untuk E-ELT,” kata Savaglio. Kredit: European Southern Observatory Jurnal: S. Savaglio, A. Rau, J. Greiner, T. Krühler, S. McBreen, D. H. Hartmann, A. C. Updike, R. Filgas, S. Klose, P. Afonso, C. Clemens, A. Küpcü Yoldas, F. Olivares E., V. Sudilovsky, G. Szokoly. Super-solar Metal Abundances in Two Galaxies at z ~ 3.57 revealed by the GRB 090323 Afterglow Spectrum. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2011: arXiv:1110.4642v1 [astro-ph.CO]Pengamatan baru yang mengejutkan ini mengungkapkan bahwa beberapa galaksi tersebut sudah sangat dilimpahi dengan elemen berat kurang dari dua miliar tahun setelah Big Bang. Tim astronom internasional menggunakan cahaya singkat yang cemerlang dari ledakan sinar-gamma sebagai penerang untuk mempelajari susunan galaksi yang sangat jauh. Yang mengejutkan, observasi yang menggunakan Very Large Telescope milik ESO ini, mengungkapkan bahwa dua galaksi di alam semesta awal ternyata dilimpahi dengan elemen-elemen kimiawi yang lebih berat dari Matahari. Kedua galaksi itu mungkin sedang dalam proses penggabungan. Peristiwa seperti itu di alam semesta awal akan mendorong pembentukan bintang-bintang baru dan mungkin menjadi pemicu ledakan sinar-gamma. Ledakan sinar-gamma adalah ledakan yang paling terang di alam semesta. Pertama kali ditemukan oleh observatorium orbital yang mendeteksi ledakan pendek sinar-gamma awal. Setelah posisinya menempati taret, ledakan ini kemudian segera dipelajari dengan menggunakan teleskop besar berbasis darat yang dapat mendeteksi sisa kilauan cahaya dan infra merah, yang memancarkan semburan selama berjam-jam hingga berhari-hari. Salah satunya yang meledak, yang disebut GRB 090323, pertama kali ditemukan oleh Teleskop Fermi Gamma-ray Space milik NASA. Segera setelah ditangkap oleh detektor sinar-X pada satelit Swift NASA dan dengan sistem Grond pada teleskop MPG/ESO 2,2 meter di Chili, kemudian dipelajari secara rinci dengan menggunakan Very Large Telescope (VLT) milik ESO, hanya satu hari setelah ledakan itu terjadi. Pengamatan VLT menunjukkan bahwa cahaya cemerlang dari ledakan sinar-gamma telah melewati galaksi inangnya sendiri dan galaksi lain di dekatnya. Galaksi-galaksi ini terlihat sebagaimana berada di masa sekitar 12 miliar tahun yang lalu. Galaksi-galaksi jauh tersebut sangat jarang terjebak dalam kilauan ledakan sinar-gamma. Gambar hasil impresi artis ini menunjukkan dua galaksi di alam semesta awal. Ledakan brilian di sebelah kiri adalah ledakan sinar-gamma. Sebagaimana cahaya ledakan melewati dua galaksi dalam perjalanannya ke Bumi (di luar frame ke kanan) beberapa warna yang diserap oleh gas dingin di galaksi, meninggalkan karakteristik garis-garis gelap dalam spektrum. Studi yang cermat pada spektrum ini telah memungkinkan para astronom untuk menemukan bahwa kedua galaksi ini sangat kaya akan unsur kimia yang lebih berat. (Kredit: ESO/L. Calçada) “Saat kami mempelajari cahaya dari ledakan sinar-gamma itu kami tidak tahu apa yang mungkin akan kami temukan. Sungguh mengejutkan bahwa gas dingin pada kedua galaksi di alam semesta awal terbukti memiliki susunan bahan kimia yang tak terduga.” jelas Sandra Savaglio (dari Institut Max-Planck untuk Extraterrestrial Fisika, Garching, Jerman), penulis utama makalah. “Galaksi-galaksi itu mengandung elemen-elemen yang lebih berat daripada yang pernah terlihat pada sebuah galaksi yang sangat awal dalam evolusi alam semesta. Kami tidak menduga alam semesta menjadi sedemikian matang, sedemikian berevolusi secara kimiawi, sedemikian awal.” Saat cahaya ledakan sinar-gamma melewati galaksi, gasnya bertindak seperti saringan, dan menyerap sebagian cahaya ledakan sinar-gamma pada panjang gelombang tertentu. Tanpa ledakan sinar-gamma, galaksi ini akan terlihat samar. Dengan hati-hati menganalisis sidik jari unsur-unsur kimiawinya yang berbeda, tim riset mampu mengetahui komposisi gas dingin dalam galaksi-galaksi yang sangat jauh itu, khususnya bagaimana galaksi-galaksi itu dilimpahi dengan elemen-elemen berat. Dugaan sebelumnya menyebutkan bahwa galaksi-galaksi di alam semesta muda hanya mengandung sejumlah kecil elemen-elemen berat dibandingkan galaksi-galaksi pada saat ini. Elemen-elemen berat yang dihasilkan selama kehidupan dan kematian generasi-generasi bintang, secara bertahap memperkaya gas di galaksi. Para astronom dapat menggunakan kelimpahan kimiawi dalam galaksi-galaksi untuk menunjukkan seberapa jauh mereka melalui kehidupan mereka. Namun pengamatan baru yang mengejutkan ini mengungkapkan bahwa beberapa galaksi tersebut sudah sangat dilimpahi dengan elemen berat kurang dari dua miliar tahun setelah Big Bang. Sesuatu yang tak terpikirkan hingga saat ini. Pasangan galaksi muda yang baru ditemukan ini pastilah membentuk bintang-bintang baru pada tingkat yang luar biasa, untuk memperkaya gas dingin dengan sedemikian kuat dan cepat. Karena kedua galaksi itu saling mendekat satu sama lain, mereka mungkin dalam proses penggabungan, yang juga akan memicu pembentukan bintang ketika awan gas saling bertabrakan. Hasil baru ini juga mendukung gagasan bahwa ledakan sinar gamma dapat berhubungan dengan pembentukan bintang masif yang kuat. Pembentukan bintang energik di galaksi seperti ini mungkin sudah berhenti pada awal sejarah alam semesta. Dua belas miliar tahun kemudian, pada saat ini, sisa-sisa galaksi tersebut akan berisi sejumlah besar sisa-sisa bintang seperti lubang hitam dan bintang kerdil dingin, membentuk populasi “galaksi mati” yang sulit untuk dideteksi, yang hanya berupa bayangan samar-samar. Menemukan mayat seperti itu pada masa sekarang akan menjadi sebuah tantangan. “Kami sangat beruntung dapat mengamati GRB 090323 saat ledakan itu masih cukup terang, sehingga adalah mungkin untuk memperoleh pengamatan spektakuler secara rinci dengan VLT. Ledakan sinar-gamma menunjukkan terangnya hanya dalam waktu yang sangat singkat, dan untuk memperoleh kualitas datanya yang baik sangatlah sulit. Kami berharap bisa mengamati galaksi-galaksi ini lagi di masa depan saat kita memiliki instrumen yang jauh lebih sensitif, mereka akan menjadi target yang sempurna untuk E-ELT,” kata Savaglio. Kredit: European Southern Observatory Jurnal: S. Savaglio, A. Rau, J. Greiner, T. Krühler, S. McBreen, D. H. Hartmann, A. C. Updike, R. Filgas, S. Klose, P. Afonso, C. Clemens, A. Küpcü Yoldas, F. Olivares E., V. Sudilovsky, G. Szokoly. Super-solar Metal Abundances in Two Galaxies at z ~ 3.57 revealed by the GRB 090323 Afterglow Spectrum. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2011: arXiv:1110.4642v1 [astro-ph.CO]

Read More