Pikirkan tentang segala sesuatu yang ada di alam semesta. Tungku luar angkasa raksasa seperti Matahari kita. Raksasa gas, di sebelahnya planet kita hanya akan menjadi katai. Deretan asteroid berlomba melewati ruang kosong. Bintang yang jauh berjarak ribuan tahun cahaya. Semua ini kurang dari 5% massa alam semesta. Dimana sisanya? Ini masih misteri. Alam semesta raksasa kita bisa saja terbentuk dengan partikel materi gelap yang bahkan belum sempat kita amati. Ilmuwan mencoba membuktikan keberadaan mereka, dan dengan mereka keberadaan "bintang gelap".
Ada satu unsur yang dapat menyusun sebanyak 25% alam semesta. Kita tidak bisa merasakan atau melihatnya. Itu tidak berinteraksi dengan cahaya. Ia bahkan tidak terdiri dari bahan penyusun yang biasa kita gunakan - elektron dan proton di dalam atom yang menyusun semua materi.
Ini adalah "materi gelap", dan para ilmuwan telah mencoba memahami apa itu selama beberapa dekade. Ahli astrofisika teoretis Katherine Freese adalah salah satu dari mereka yang berburu batu bata kehidupan misterius ini. Tiga puluh tahun lalu, teorinya tentang lem tak terlihat yang membantu membentuk alam semesta mengarah pada pembangunan akselerator partikel bawah tanah di seluruh bumi, seperti mesin di CERN. Apa yang mereka cari? Partikel-partikel ini disebut wimps (WIMPs), dan menurut Freese, bintang-bintang yang terbuat dari materi hantu ini dapat membantu pembentukan kosmos miliaran tahun yang lalu.
Wimps (partikel masif yang berinteraksi lemah) adalah partikel besar yang tidak berinteraksi dengan gaya elektromagnetik. Ini membuat mereka "gelap" - mereka tidak dapat diamati menggunakan sensor elektromagnetik yang digunakan manusia untuk mensurvei alam semesta selama seratus tahun terakhir.
Namun berkat teori supersimetri - yang menyiratkan bahwa setiap partikel yang diketahui memiliki padanan "antimateri" - ada celah dalam atlas partikel kita saat ini, dan WIMPS dapat mengisi celah itu dengan sempurna. Mereka ada dimana-mana, tapi tidak meninggalkan jejak karena enggan berinteraksi dengan partikel biasa di sekitarnya.
“Nah, jika kita mengambil semua objek dalam kehidupan kita sehari-hari - tubuh Anda, kursi tempat duduknya, udara yang dihirupnya, dinding di sekitar kita, tambahkan planet, tambahkan bintang - semua ini terbuat dari atom yang kita pahami, tetapi semua materi atom ini hanya membentuk 5% dari alam semesta kita - lima persen! Karena itu, ada 95% lagi yang perlu kita pahami. Dan di sinilah materi gelap dan energi gelap masuk. Ketika mereka melewati Anda - miliaran partikel setiap detik - Anda tidak menyadarinya, karena interaksi yang lemah sangat lemah, tidak ada yang terjadi."
Video promosi:
Bagaimana Anda menemukan apa yang tidak bisa Anda lihat?
Analogi yang bagus untuk materi gelap adalah angin. Kami tidak melihatnya, tidak terlihat, namun kami yakin bahwa itu ada karena daunnya bergemerisik. Hal yang sama terjadi pada materi gelap. Kita melihat bahwa ia menarik benda-benda menjadi satu … ia adalah materi, yang berarti ia merasakan gravitasi. Dia meringkuk bersama dan menyatukan semuanya. Kami tahu bahwa itu ada karena alasan ini, tetapi kami tidak tahu terdiri dari apa."
Jika pengecut ada - dan Freese yakin begitu - mereka seharusnya muncul tak lama setelah Big Bang.
Freese mengeksplorasi teori ini dengan sesama astrofisikawan Paolo Gondolo di Universitas Utah dan Doug Spoliar di Universitas Stockholm di Swedia. Mereka mencari "bintang gelap" pertama yang terbentuk di masa-masa awal alam semesta.
Terlepas dari namanya, bintang-bintang kuno ini sangat mempesona - mereka hidup dari pemusnahan materi gelap. Dan beberapa dari mereka bisa hidup di ujung terjauh Alam Semesta, bersinar terang.
"Bintang gelap dimulai dengan massa yang sama dengan Matahari, tetapi bisa tumbuh semakin besar hingga menjadi massa jutaan matahari dan milyaran kali lebih terang."
“Teleskop besar berikutnya, James Webb Space Telescope, perpanjangan dari Teleskop Luar Angkasa Hubble yang terkenal, akan dapat menemukan bintang gelap. Dengan melakukan ini, kami tidak hanya akan menemukan jenis bintang yang benar-benar baru, yang sudah mengejutkan dengan sendirinya, tetapi kami juga akan membuktikan bahwa mereka hidup dari WIMP. Jadi masalahnya akan terselesaikan dengan sendirinya."
Dan itu bisa menjadi akhir dari salah satu tantangan tersulit dalam sains modern. Para ilmuwan telah mencoba memecahkan masalah materi gelap sejak tahun 1930-an, tetapi petunjuk keberadaannya muncul jauh sebelum itu.
"Ketika orang mempelajari pergerakan matahari dan planet-planet di sekitarnya, mereka menyadari bahwa planet pusat bergerak cukup cepat, tetapi semakin jauh dari pusat, semakin lambat gerakannya," kata Freese.
"Jadi mereka berpikir, oke, ini adalah hukum Newton, kita tahu mereka, ini adalah hukum alam, mari kita lihat struktur yang lebih besar - galaksi dan gugus galaksi."
“Tapi bukan itu yang mereka temukan: mereka menemukan bahwa saat Anda bergerak dari pusat galaksi, semuanya bergerak dengan kecepatan yang sama. Itu sangat aneh."
Freese percaya bahwa bintang dan planet yang kita lihat di langit malam adalah puncak dari rantai panjang reaksi yang dimulai dengan partikel yang berinteraksi secara lemah ini. Dan dia berkata bahwa tanpa partikel materi gelap, alam semesta tidak akan menjadi seperti sekarang ini. "Struktur tempat kita tinggal, galaksi dan gugus galaksi, tidak mungkin terbentuk jika materi gelap tidak membentuk jaring kosmik tempat kita tinggal."
“Artinya, materi gelap pertama berkumpul bersama, lalu atom biasa, neutron, dan proton, dan seterusnya, bersama materi gelap, membentuk protogalaxies, yang menyebabkan munculnya galaksi, planet, dan bintang. Tapi untuk mulai membentuk struktur ini, diperlukan materi gelap."
ILYA KHEL
