Mereka mencari materi gelap di Bumi, di bawah tanah, dan di luar angkasa. Partikel misteriusnya tidak terlihat oleh instrumen ilmiah dan tidak muncul di mana pun. Namun, "basis bukti" yang kuat telah dikumpulkan untuk mendukung keberadaan mereka. Apakah para ilmuwan memiliki kesempatan untuk menemukan materi gelap.
Komponen kunci alam semesta
Partikel materi gelap lahir tak lama setelah Big Bang, saat alam semesta berbentuk plasma merah-panas. Saat mereka mendingin, mereka membentuk gumpalan yang pada akhirnya menghasilkan munculnya bintang dan galaksi. Jika plasma hanya berisi partikel biasa yang menyusun atom, maka radiasi akan menolaknya satu sama lain, tidak memungkinkan mereka membentuk struktur apa pun. Objek yang terikat secara gravitasi muncul cukup cepat, yang berarti ada sesuatu yang membantu mereka. Beberapa zat masif menahan mereka. Sekarang ia tidak berinteraksi dengan materi biasa dengan cara apa pun, tidak memancar, oleh karena itu kami tidak mengamatinya dengan metode apa pun.
Beginilah cara para ilmuwan merekonstruksi evolusi alam semesta, yang tidak akan lengkap tanpa partisipasi materi gelap. Kesimpulan ini dicapai pada tahun 1930-an oleh astronom Swiss Fritz Zwicky. Saat mempelajari gugusan galaksi, dia bertanya-tanya mengapa mereka tidak berhamburan. Bagaimanapun, massa galaksi yang terlihat tidak cukup untuk menahan cluster. Karenanya, harus ada massa yang tersembunyi. Belakangan, hipotesis ini menemukan banyak konfirmasi tentang anomali dalam tingkat rotasi galaksi: bagian-bagian cakram yang jauh dari pusat hampir tidak melambat, seperti yang akan terjadi jika mereka hanya terdiri dari bintang.
Lensa gravitasi memungkinkan untuk menangkap kehadiran massa tersembunyi secara tidak langsung. Efek ini diciptakan oleh dua galaksi masif yang terletak satu di belakang yang lain. Cahaya dari galaksi jauh dibengkokkan oleh medan gravitasi galaksi terdekat, dan, seperti pada lensa, bayangannya muncul. Ini memberikan beberapa wawasan tentang materi gelap di galaksi yang membentuk lingkaran besar tak terlihat di sekitarnya. Dengan menggunakan berbagai model, para ilmuwan menghitung distribusi massa jenis materi gelap di halo dan, atas dasar ini, membuat dugaan tentang strukturnya.
Di sebelah kiri - halo materi gelap di galaksi NGC 4555.
Video promosi:
Komposisi materi gelap
Fisikawan cenderung percaya bahwa materi gelap terdiri dari partikel-partikel yang tidak kita kenal.
“Metode pengamatan astrofisika tidak mengatakan apa-apa tentang sifat-sifatnya. Ada kemungkinan bahwa mereka tidak berinteraksi dengan cara apa pun, kecuali metode gravitasi. Mungkin tidak ada eksperimen langsung di Bumi, atau pengamatan di luar angkasa yang tidak akan menghasilkan apa pun. Ini harus selalu diingat,”kata Dmitry Gorbunov, Anggota Terkait Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, Kepala Peneliti Institut Penelitian Nuklir Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia kepada RIA Novosti.
Kandidat untuk peran partikel gelap termasuk sumbu ultralight, partikel yang berinteraksi lemah (WIMPs), dan neutrino steril yang membantu menjelaskan massa dan osilasi neutrino matahari.
“Neutrino steril paling ringan mungkin merupakan partikel materi gelap. Itu tidak stabil, tetapi hidup untuk waktu yang sangat lama. Di galaksi, partikel seperti itu akan membusuk menjadi neutrino dan foton. Mereka berputar perlahan (10-3 kali kecepatan cahaya), jadi puncak rentang sinar-X diharapkan dalam spektrum foton,”kata ilmuwan tersebut.
Menurutnya, spektrometer yang baik harus dikirim ke orbit untuk mencoba mencatat kejadian tersebut.
Dua tahun lalu, Gorbunov dan rekan-rekannya memodelkan salah satu hipotesis tentang komponen materi gelap yang tidak stabil untuk menjelaskan perbedaan hasil eksperimen teleskop luar angkasa Planck, yang mengukur radiasi relik. Mungkin ini adalah kesalahan, atau mungkin indikasi dari beberapa properti materi gelap. Para ilmuwan telah menyarankan bahwa zat gelap itu memiliki komposisi yang heterogen dan sebagian darinya belum bertahan hingga hari ini.
Mencari partikel gelap
Bagaimana menangkap partikel materi gelap adalah salah satu pertanyaan kunci dalam fisika. Banyak ahli teori dan eksperimen mencoba menjawabnya. Cara pengamatan tergantung pada model, di mana semua properti partikel hipotetis diletakkan. Jika kita berasumsi bahwa materi gelap berada dalam kesetimbangan dalam plasma alam semesta awal - dan ada juga partikel biasa - itu berarti materi gelap berinteraksi dengan mereka. Dari semua jenis interaksi yang diketahui, kecuali interaksi gravitasi, yang paling cocok adalah interaksi lemah, yang terjadi selama peluruhan beta inti atom.
“Dengan asumsi ini, setelah plasma primer mendingin, jumlah materi gelap yang dibutuhkan tetap ada,” jelas Dmitry Gorbunov.
Berdasarkan hal ini, partikel gelap dapat dihancurkan dengan pembentukan elektron dan positron. Mereka mencari jejak pemusnahan ini, tetapi ini adalah bukti tidak langsung. Selain itu, hasilnya agak kabur, partikel dibelokkan, terbang mengelilingi galaksi, musnah, kehilangan energi, dan apa yang sampai ke bumi sulit dibedakan dengan latar belakang sinar kosmik.
Mereka mencoba mengamati partikel gelap secara langsung di detektor neutrino bawah tanah. Di bawah tanah, latar belakang dari partikel atmosfer berkurang, zat pendeteksi mendingin, dan Anda perlu menunggu partikel materi gelap mengenai itu. Peristiwa ini jarang terjadi, karena partikelnya, jika berinteraksi, lemah. Dampaknya menyebabkan eksitasi atom dan ledakan energi, yang direkam oleh detektor.
Pada saat yang sama, tidak mungkin untuk meningkatkan volume zat detektor tanpa batas untuk meningkatkan kemungkinan lewatnya partikel gelap tanpa kehilangan kepekaan. Selain itu, neutrino mengganggu sinyal. Untuk memotongnya, Anda mungkin harus membuat detektor yang benar-benar baru untuk digunakan di bawah sinyal ini.
“Kita perlu menggunakan deteksi arah tumbukan partikel. Ini secara signifikan akan menekan latar belakang, karena neutrino terbang ke arah Matahari, dan materi gelap akan menyerang ke arah lain,”ilmuwan menjelaskan.
Arah ketiga adalah penciptaan partikel materi gelap sebagai hasil dari tumbukan partikel biasa di LHC dan akselerator lainnya. Untuk pengamat, ini akan terlihat seperti, misalnya, foton yang terbang ke samping. Menurut hukum kekekalan momentum, sebuah partikel juga harus terbang ke arah lain, tetapi tidak ada. Jadi dia tidak terlihat.
Sejauh ini, tidak ada cara untuk menangkap partikel materi gelap yang berhasil. Bahkan tidak jelas mana di antara mereka yang paling menjanjikan.
Komposisi Alam Semesta / Ilustrasi oleh RIA Novosti.
Tatiana Pichugina
