Bentuk aneh materi gelap kental, yang menyumbang sebagian besar materi di alam semesta, dapat memberikan efek mengejutkan pada evolusi awalnya - dan membuat riak dari Big Bang lebih mudah dideteksi. Diketahui bahwa materi gelap adalah zat misterius yang membentuk 80% zat di dunia kita, tetapi berinteraksi dengan materi biasa hanya secara gravitasi. Saat ini, kandidat paling populer untuk materi gelap dianggap WIMPs (WIMPs), partikel masif yang berinteraksi dengan lemah, tetapi puluhan tahun pencarian partikel ini tidak menghasilkan apa-apa. WIMPs juga memprediksi hal-hal tertentu yang tidak kita lihat di alam semesta, seperti sekumpulan galaksi mini di sekitar Bima Sakti.
Ada kandidat materi gelap lainnya. Misalnya, Paul Shapiro dari University of Texas di Austin dan rekan-rekannya sebelumnya mengeksplorasi satu bentuk alternatif dari materi gelap yang mencakup partikel yang disebut boson, yang - tidak seperti WIMP dan materi biasa - dapat berada dalam keadaan kuantum yang sama. Properti ini juga memungkinkan mereka untuk bergabung menjadi materi yang aneh dan kental - kondensat Bose-Einstein (BEC), di mana populasi partikel berperilaku seperti objek kuantum tunggal.
Sekarang Shapiro dan mahasiswa pascasarjana Buha Li sedang mempelajari bagaimana bentuk materi gelap ini dapat mempengaruhi alam semesta awal.
Percepatan pertumbuhan
Ahli kosmologi terbiasa berpikir bahwa pada saat-saat pertama keberadaannya, alam semesta mengalami percepatan pertumbuhan yang eksponensial. Ekspansi ini, yang terjadi dalam beberapa detik pertama setelah Big Bang, disebut inflasi dan seharusnya mengirimkan riak relativistik melalui ruangwaktu - gelombang gravitasi primordial (atau primitif, sebut saja apa yang Anda inginkan).
Fisikawan mengira mereka melihat bukti gelombang ini ketika mereka bekerja dengan teleskop BICEP2 pada 2013, tetapi ternyata bukan itu masalahnya. Tetapi awal tahun ini, percobaan LIGO melihat gelombang gravitasi dari lubang hitam yang bertabrakan, yang membuktikan bahwa gelombang tersebut benar-benar ada.
Dalam gambar standar, gelombang gravitasi primordial ini seharusnya sangat kecil sehingga LIGO tidak akan pernah melihatnya. "Sesuatu yang sama sekali berbeda terjadi dalam model kami," kata Shapiro. "Materi gelap mengubah perilakunya jika kita kembali ke masa lalu."
Video promosi:
Meskipun materi gelap kental berperilaku persis sama seperti yang dilakukan WIMP saat ini, perhitungan para ilmuwan menunjukkan bahwa pada tahap awal perilakunya berubah: ia bertindak tidak seperti materi, tetapi seperti radiasi. Bergerak lebih jauh ke masa lalu, materi gelap lebih padat dan berperilaku seperti cairan, menolak kompresi.
“Ketika kami mencoba untuk memecahkannya, kami harus mengingat tekanannya,” kata Shapiro. - Ketika Anda mengumpulkannya dalam tumpukan, itu ingin membengkak kembali. Kita sepertinya mengisi alam semesta dengan cairan."
Ilmuwan tidak menyangka akan menemukan ini.
Elastisitas ini berarti bahwa materi gelap kental yang aneh ini mungkin telah memperlambat laju perluasan alam semesta pada saat itu. Dimulai pada akhir inflasi, alam semesta akan mengembang jauh lebih lambat dengan materi gelap daripada tanpanya.
Tetapi gelombang gravitasi primer seharusnya menembus alam semesta muda dengan kecepatan yang sama seperti sebelumnya. Dan karena lebih mudah dicetak dengan latar belakang, mereka mungkin lebih mudah dikenali.
Gelombang primer
Dalam pembicaraan di pertemuan American Physical Society di Salt Lake City, Utah, bulan lalu, beberapa ilmuwan mengatakan materi gelap semacam itu dapat menekan ekspansi yang cukup untuk gelombang gravitasi primordial untuk dideteksi oleh kekuatan LIGO.
“Dalam sejarah standar, tanpa materi gelap kita, mereka akan berada jauh di bawah batas di mana detektor gelombang gravitasi, saat ini atau di masa depan, dapat mendeteksinya. Tapi model kami menunjukkan bahwa masih ada harapan."
Tanya Rejimbo dari tim LIGO menunjukkan bahwa karena begitu banyak yang tidak kita ketahui tentang seperti apa alam semesta awal, tidak mungkin untuk mengatakan dengan pasti tentang kemungkinan seperti itu. Menurutnya, tidak ada jaminan bahwa gelombang ini ada atau pendeteksi masa depan kita akan dapat melihatnya. Tetapi pekerjaan ini menarik karena memberikan kesempatan seperti itu.
ILYA KHEL
