Segala sesuatu yang pernah kita amati di alam semesta, dari materi hingga radiasi, dapat terurai menjadi komponen terkecil. Segala sesuatu di dunia ini terdiri dari atom, yang tersusun dari nukleon dan elektron, dan nukleon terbagi menjadi quark dan gluon. Cahaya juga terdiri dari partikel: foton. Bahkan gelombang gravitasi, dalam teori, terdiri dari graviton: partikel yang suatu hari nanti, dengan keberuntungan, kita temukan dan perbaiki. Tapi bagaimana dengan materi gelap? Bukti tidak langsung dari keberadaannya tidak dapat disangkal. Tetapi haruskah itu juga terdiri dari partikel?
Kita terbiasa berpikir bahwa materi gelap terdiri dari partikel, dan kita dengan putus asa mencoba mendeteksinya. Tetapi bagaimana jika kita mencari di tempat yang salah?
Jika energi gelap dapat diartikan sebagai energi yang melekat pada struktur ruang itu sendiri, mungkinkah “materi gelap” juga merupakan fungsi internal ruang itu sendiri - terkait erat atau jauh dengan energi gelap? Dan alih-alih materi gelap, efek gravitasi yang mungkin menjelaskan pengamatan kita akan lebih disebabkan oleh "massa gelap"?
Nah, khusus untuk Anda, fisikawan Ethan Siegel telah memaparkan pendekatan teoretis kami dan skenario yang mungkin.
Salah satu ciri paling menarik dari alam semesta adalah hubungan satu-ke-satu antara apa yang ada di alam semesta dan bagaimana laju ekspansi berubah seiring waktu. Melalui banyak pengukuran yang cermat dari banyak sumber yang berbeda - bintang, galaksi, supernova, latar belakang gelombang mikro kosmik, dan struktur skala besar Semesta - kami dapat mengukur keduanya, menentukan dari apa Semesta terbuat. Pada dasarnya, ada banyak gagasan berbeda tentang terdiri dari apa Semesta kita, dan semuanya memiliki efek berbeda pada perluasan kosmik.
Berkat data yang diperoleh, kita sekarang tahu bahwa alam semesta terbuat dari yang berikut ini:
- 68% energi gelap, yang tetap pada kepadatan energi konstan bahkan dengan perluasan ruang;
Video promosi:
- 27% materi gelap, yang menunjukkan gaya gravitasi, menjadi kabur saat volumenya meningkat dan tidak memungkinkan dirinya untuk diukur menggunakan gaya lain yang diketahui;
- 4,9% materi biasa, yang memanifestasikan semua kekuatannya, menjadi kabur saat volumenya meningkat, simpul menjadi gumpalan dan terdiri dari partikel;
- 0,1% neutrino, yang menunjukkan interaksi gravitasi dan elektro-lemah, terdiri dari partikel-partikel dan hanya pergi bersama ketika mereka cukup lambat untuk berperilaku seperti materi, bukan radiasi;
- 0,01% foton, yang menunjukkan pengaruh gravitasi dan elektromagnetik, berperilaku sebagai radiasi dan kabur baik dengan peningkatan volume dan dengan peregangan panjang gelombang.
Seiring waktu, berbagai komponen ini menjadi relatif lebih atau kurang penting, dan persentase ini mewakili apa yang membuat alam semesta saat ini.
Energi gelap, sebagai berikut dari pengukuran terbaik kita, memiliki sifat yang sama di setiap titik di ruang angkasa, di semua penjuru ruang dan di semua episode sejarah kosmik kita. Dengan kata lain, energi gelap itu homogen dan isotropik: sama di mana-mana dan selalu. Sejauh yang kami tahu, energi gelap tidak membutuhkan partikel; ia dapat dengan mudah menjadi properti yang melekat dalam struktur ruang.
Tapi materi gelap pada dasarnya berbeda.
Agar struktur yang kita lihat di Semesta terbentuk, terutama dalam skala kosmik yang besar, materi gelap tidak hanya harus ada, tetapi juga bersatu. Ia tidak dapat memiliki kepadatan yang sama di seluruh ruang; sebaliknya, itu harus terkonsentrasi di daerah dengan kepadatan lebih tinggi dan harus kurang padat, atau tidak ada sama sekali, di daerah dengan kepadatan lebih rendah. Kami benar-benar dapat mengetahui berapa banyak dari total materi di berbagai wilayah ruang, dipandu oleh pengamatan. Tiga yang terpenting adalah:
Spektrum daya materi
Petakan materi di alam semesta, lihat skala apa yang sesuai dengan galaksi - yaitu, seberapa besar kemungkinan Anda menemukan galaksi lain pada jarak tertentu dari galaksi tempat Anda memulainya - dan pelajari hasilnya. Jika alam semesta terdiri dari zat homogen, strukturnya akan tercoreng. Jika ada materi gelap di alam semesta yang tidak terkumpul cukup awal, struktur dalam skala kecil akan hancur. Spektrum energi energi memberitahu kita bahwa sekitar 85% materi di alam semesta diwakili oleh materi gelap, yang sangat berbeda dari proton, neutron, dan elektron, dan materi gelap ini terlahir dingin, atau energi kinetiknya sebanding dengan massa diam.
Lensa gravitasi
Lihatlah benda besar itu. Misalkan sebuah quasar, galaksi atau gugus galaksi. Lihat bagaimana cahaya latar belakang terdistorsi oleh keberadaan suatu objek. Karena kita memahami hukum gravitasi yang diatur oleh teori relativitas umum Einstein, bagaimana cahaya dibengkokkan memungkinkan kita untuk menentukan berapa banyak massa yang ada di setiap benda. Melalui metode lain, kita dapat menentukan jumlah massa yang ada dalam materi biasa: bintang, gas, debu, lubang hitam, plasma, dll. Dan sekali lagi kita menemukan bahwa 85% materi diwakili oleh materi gelap. Selain itu, ia terdistribusi lebih tersebar, keruh, daripada materi biasa. Ini dikonfirmasi oleh pelensaan yang lemah dan kuat.
Latar belakang gelombang mikro kosmik
Jika Anda melihat sisa pancaran radiasi Big Bang, Anda akan menemukan bahwa radiasi itu kira-kira seragam: 2,725 K ke segala arah. Tetapi jika Anda melihat lebih dekat, Anda menemukan bahwa cacat kecil diamati pada skala mulai dari puluhan hingga ratusan mikrokelvin. Mereka memberi tahu kita beberapa hal penting, termasuk kepadatan energi materi biasa, materi gelap, dan energi gelap, tetapi yang terpenting, mereka memberi tahu kita betapa homogennya alam semesta ketika usianya hanya 0,003% dari usianya saat ini. Jawabannya adalah bahwa daerah yang paling padat hanya 0,01% lebih padat daripada daerah yang paling padat. Dengan kata lain, materi gelap dimulai dalam keadaan homogen dan berkumpul bersama seiring berjalannya waktu.
Dengan menggabungkan semua ini, kami sampai pada kesimpulan bahwa materi gelap harus berperilaku seperti cairan yang mengisi alam semesta. Fluida ini memiliki tekanan dan viskositas yang dapat diabaikan, bereaksi terhadap tekanan radiasi, tidak bertabrakan dengan foton atau materi biasa, lahir dingin dan nonrelativistik, dan berkumpul di bawah pengaruh gravitasinya sendiri seiring waktu. Ini menentukan pembentukan struktur di Alam Semesta pada skala terbesar. Ini sangat heterogen, dan besarnya heterogenitasnya meningkat seiring waktu.
Inilah yang dapat kami katakan tentang itu dalam skala besar, karena berkaitan dengan observasi. Pada skala kecil, kita hanya dapat berasumsi, tidak sepenuhnya yakin, bahwa materi gelap terdiri dari partikel-partikel dengan sifat yang membuatnya berperilaku seperti ini dalam skala besar. Alasan kami berasumsi demikian adalah karena alam semesta, sejauh yang kami tahu, terdiri dari partikel-partikel pada intinya, itu saja. Jika Anda adalah zat, jika Anda memiliki massa, analog kuantum, maka Anda pasti terdiri dari partikel pada tingkat tertentu. Tetapi hingga kami menemukan partikel ini, kami tidak berhak mengecualikan kemungkinan lain: misalnya, ini adalah sejenis medan cair yang tidak terdiri dari partikel, tetapi memengaruhi ruang-waktu sebagaimana seharusnya.
Inilah mengapa sangat penting untuk mencoba mendeteksi materi gelap secara langsung. Tidak mungkin untuk mengkonfirmasi atau menyangkal konstituen fundamental dari materi gelap dalam teori, hanya dalam praktiknya, yang didukung oleh observasi. Ternyata, materi gelap tidak ada hubungannya dengan energi gelap.
Apakah itu terbuat dari partikel? Sampai kami menemukannya, kami hanya bisa menebak. Alam semesta memanifestasikan dirinya sebagai kuantum di alam ketika datang ke bentuk materi lainnya, jadi masuk akal untuk mengasumsikan bahwa materi gelap akan sama.
Ilya Khel
