Sebagian besar Alam Semesta terdiri dari "materi" yang tidak dapat dilihat, kemungkinan tidak bersifat materi, dan berinteraksi dengan hal-hal lain hanya melalui gaya gravitasi. Oh ya, dan fisikawan tidak tahu apa materi ini atau mengapa ada begitu banyak di alam semesta - sekitar empat per lima massanya.
Ilmuwan menyebutnya materi gelap.
Jadi, di manakah materi misterius yang membentuk bagian terbesar dari alam semesta kita ini, dan kapan ilmuwan akan menemukannya?
Bagaimana kita tahu masalah ini ada
Hipotesis materi gelap pertama kali dikemukakan oleh astronom Swiss Fritz Zwicky pada tahun 1930-an, ketika ia menyadari bahwa pengukuran massa gugus galaksi menunjukkan sebagian massa di alam semesta "hilang". Apapun yang membuat galaksi lebih berat, ia tidak memancarkan cahaya apapun, juga tidak berinteraksi dengan apapun selain melalui gravitasi.
Astronom Vera Rubin, pada tahun 1970-an, menemukan bahwa rotasi galaksi tidak mengikuti Hukum Gerak Newton; bintang-bintang di galaksi (khususnya Andromeda) tampaknya berputar mengelilingi pusat dengan kecepatan yang sama, tetapi bintang yang lebih jauh dari bintang itu bergerak lebih lambat. Seolah-olah ada sesuatu yang menambah massa bagian terluar galaksi yang tidak dapat dilihat oleh siapa pun.
Bukti lainnya berasal dari pelensaan gravitasi, yang terjadi ketika gravitasi suatu benda besar membelokkan gelombang cahaya di sekitar suatu benda. Menurut teori relativitas umum Albert Einstein, gravitasi membelokkan ruang (seperti pegulat sumo dapat mengubah bentuk alas tempat dia berdiri) sehingga sinar cahaya membelok di sekitar benda besar, meskipun cahayanya sendiri tidak bermassa. Pengamatan menunjukkan bahwa massa yang terlihat tidak cukup untuk membelokkan cahaya, seperti yang terjadi di sekitar gugus galaksi - dengan kata lain, galaksi tersebut lebih masif dari yang seharusnya.
Video promosi:
Lalu ada radiasi relik (CMB), "gema" Big Bang dan supernova. “CMB memberi tahu kita bahwa alam semesta datar secara spasial,” kata Jason Kumar, profesor fisika di Universitas Hawaii. “Datar secara spasial” berarti bahwa jika Anda menggambar dua garis melalui alam semesta, keduanya tidak pernah berpotongan, bahkan jika garis tersebut berdiameter miliaran tahun cahaya. Di alam semesta yang melengkung tajam, garis-garis ini akan bertemu di beberapa titik di angkasa.
Sekarang ada kontroversi kecil di antara para kosmolog dan astronom mengenai keberadaan materi gelap. Ini tidak mempengaruhi cahaya, dan tidak bermuatan seperti elektron atau proton. Hingga saat ini, deteksi langsung tidak terdeteksi.
"Ini adalah misteri," kata Kumar. Mungkin ada cara para ilmuwan mencoba untuk "melihat" materi gelap - baik melalui interaksinya dengan materi biasa, atau dengan mencari partikel yang mungkin merupakan materi gelap.
Bukan materi gelap
Banyak teori datang dan pergi tentang apa itu materi gelap. Salah satu yang pertama cukup logis: pertanyaan itu tersembunyi dalam objek halo kompak astrofisika masif (MACHO), seperti bintang neutron, lubang hitam, katai coklat, dan planet nakal. Mereka tidak memancarkan cahaya (atau memancarkan sangat sedikit), sehingga hampir tidak terlihat oleh teleskop.
Namun, menjelajahi galaksi untuk mencari distorsi kecil dalam cahaya bintang yang dihasilkan oleh MACHO yang lewat - disebut pelensaan mikro - tidak dapat menjelaskan jumlah materi gelap di sekitar galaksi, atau bahkan sebagian besar darinya. “MACHO tampaknya dikecualikan seperti biasa,” kata Dan Hooper, peneliti asosiasi di Fermi National Accelerator Laboratory di Illinois.
Materi gelap tampaknya bukan awan gas yang tidak bisa dilihat melalui teleskop. Gas difus akan menyerap cahaya dari galaksi yang lebih jauh, dan di puncaknya gas normal tersebut akan memancarkan kembali radiasi pada panjang gelombang yang panjang - akan ada pancaran sinar infra merah yang sangat besar di langit. Karena ini tidak terjadi, kita bisa mengesampingkannya.
Apa itu
Partikel masif yang berinteraksi dengan lemah (WIMPs) adalah beberapa pesaing terkuat untuk penjelasan materi gelap. Pengecut adalah partikel berat - sekitar 10 hingga 100 kali lebih berat dari proton, yang diciptakan selama Big Bang dan tetap dalam jumlah kecil hingga saat ini. Partikel-partikel ini berinteraksi dengan materi normal melalui gravitasi dan gaya nuklir lemah. WIMP yang lebih masif akan bergerak lebih lambat di ruang angkasa, dan oleh karena itu mungkin menjadi kandidat untuk materi gelap "dingin", sedangkan yang lebih terang akan bergerak lebih cepat dan menjadi kandidat untuk materi gelap "hangat".
Salah satu cara untuk menemukannya adalah melalui "deteksi langsung", seperti eksperimen Large Underground Xenon (LUX), yang merupakan wadah xenon cair di tambang South Dakota.
Cara lain untuk melihat pengecut bisa dengan akselerator partikel. Di dalam akselerator, inti atom dipecah dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya, dan dalam prosesnya energi tumbukan ini diubah menjadi partikel lain, beberapa di antaranya baru bagi sains. Sejauh ini tidak ada yang ditemukan dalam akselerator partikel yang terlihat seperti materi gelap yang diduga.
Kemungkinan lain: axions. Partikel subatomik ini dapat dideteksi secara tidak langsung oleh jenis radiasi yang mereka pancarkan, bagaimana mereka menghancurkan atau bagaimana mereka membusuk menjadi jenis partikel lain atau muncul dalam pemercepat partikel. Namun, tidak ada bukti langsung untuk aksial juga.
Karena penemuan partikel "dingin" yang berat dan lambat seperti WIMPs atau axions belum membuahkan hasil, beberapa ilmuwan melihat kemungkinan adanya partikel yang bergerak lebih cepat dan ringan yang menyebabkan materi gelap "hangat". Ada minat baru pada model materi gelap seperti itu setelah para ilmuwan menemukan bukti partikel yang tidak diketahui menggunakan Chandra X-ray Observatory, di cluster Perseus, sekelompok galaksi sekitar 250 juta tahun cahaya dari Bumi. Ion-ion yang diketahui dalam gugus ini menghasilkan garis emisi sinar-X tertentu, dan pada 2014, para ilmuwan melihat "garis" baru yang dapat berhubungan dengan partikel cahaya yang tidak diketahui.
Jika partikel materi gelap adalah cahaya, para ilmuwan akan kesulitan menemukannya secara langsung, kata Tracey Slater, fisikawan di MIT. Dia mengusulkan jenis partikel baru yang dapat membentuk materi gelap.
"Materi gelap dengan massa di bawah sekitar 1 GeV sangat sulit dideteksi dengan eksperimen deteksi langsung standar karena eksperimen tersebut bekerja dengan mencari rekoil inti atom yang tidak dapat dijelaskan … tetapi saat materi gelap jauh lebih ringan daripada inti atom, energi rekoilnya sangat kecil," kata Tracy Pengkritik yg ucapannya pedas.
Banyak penelitian telah dilakukan untuk mencari materi gelap, dan jika metode saat ini gagal, metode baru akan dilakukan. Menggunakan helium cair "cair", semikonduktor, dan bahkan pemutusan ikatan kimia dalam kristal adalah beberapa ide baru untuk mendeteksi materi gelap.
