Lukas Luwarso
Dalam sejarah temuan sains, kontes untuk menemukan hipotesis materi gelap (dark matter) akan menjadi kontes utama. Partikel tak terlihat ini telah membingungkan fisikawan dan astronom sejak tahun 1930-an. Tahun ketika para astronom pertama kali menyadari galaksi membutuhkan semacam “lem” gravitasi tak terlihat untuk menyatukan milyaran tata surya dan bintang.
Belum ada yang tahu apa itu dark matter, itu sebabnya dinamai materi gelap. Alam semesta tampaknya memiliki lima kali lebih banyak materi gelap daripada materi “normal” yang tampak. Materi yang bersembunyi di bawah hidung kita, meresap dan menembus Bumi, saat tata surya bergerak menjelajahi galaksi Bimasakti.
Belum banyak yang diketahui dari hipotesis dark matter yang mendominasi alam semesta. Materi gelap bisa jadi salah satu jenis partikel yang berinteraksi dengan materi lain (dan dirinya sendiri) melalui gravitasi atau hukum fisika lainnya, baik yang diketahui atau belum diketahui.
Materi gelap diduga menyusun sekitar 85% dari total materi di alam semesta. Materi ini disebut “gelap” karena tidak memancarkan, menyerap, atau memantulkan radiasi elektromagnetik, sehingga tidak terlihat oleh teleskop. Namun, keberadaan dan sifatnya dapat disimpulkan dari efek gravitasi pada materi yang terlihat, radiasi, dan struktur skala besar alam semesta.
Sejumlah astro-fisikawan mengusulkan bahwa materi gelap bisa terdiri dari lubang hitam primordial, yang terbentuk saat alam semesta awal dari keruntuhan wilayah materi yang sangat padat. Namun, pengamatan radiasi mikro dan struktur skala besar alam semesta menunjukkan bahwa kemungkinan ini mustahil.
Kemungkinan lain, materi gelap bisa terdiri dari lubang hitam “mati” atau tidak aktif yang tidak lagi mengakumulasi materi dan tidak terdeteksi oleh teleskop. Namun, hipotsis ini juga dianggap tidak mungkin untuk menjelaskan semua materi gelap.
Penelitian tentang materi gelap masih berlangsung, dan belum ditemukan partikel yang dapat menjelaskan sifat materi gelap. Jadi, ada kemungkinan lubang hitam atau objek lain yang tidak diketahui bisa menjadi sebagian dari materi gelap. Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk memahami sifat materi gelap dan hubungannya dengan lubang hitam dan objek lain di alam semesta.
Apa yang Membentuk Materi Gelap?
Meskipun belum ditahui secara pasti apakah dark matter, juga apa yang menyusun alam semesta, astrofisikawan memiliki sejumlah hipotesis kuat sebagai kandidat. Ada beberapa teori yang mencoba menjelaskan penyusun materi gelap, namun belum ada yang dapat dibuktikan secara eksperimental atau observasional. Berikut adalah beberapa kandidat teratas yang diusulkan oleh para ilmuwan:
WIMP (Weakly Interacting Massive Particle): Partikel hipotetis yang hanya berinteraksi lemah dengan materi biasa dan gaya gravitasi. WIMP diyakini memiliki massa antara 1 dan 1000 GeV (giga elektron volt), dan terbentuk pada awal alam semesta melalui proses yang disebut pembekuan. WIMP adalah salah satu kandidat paling populer untuk materi gelap, karena dapat menjelaskan struktur skala besar alam semesta dan anomali rotasi galaksi. Namun, upaya untuk mendeteksi WIMP secara langsung atau tidak langsung belum berhasil hingga saat ini.
MACHO (Massive Compact Halo Object): Objek astronomis yang sangat padat dan masif, seperti lubang hitam, bintang neutron, atau planet kerdil, yang terletak di halo galaksi. MACHO dapat berperan sebagai materi gelap karena tidak memancarkan cahaya yang cukup untuk dideteksi oleh teleskop konvensional. Namun, MACHO dapat menghasilkan efek lensa gravitasi, yaitu pembelokan cahaya oleh medan gravitasi, yang dapat diamati oleh teleskop khusus. MACHO diyakini hanya menyumbang sebagian kecil dari total materi gelap, karena jumlahnya terbatas saat proses pembentukan bintang dan evolusi galaksi.
Aksion: Partikel hipotetis yang sangat ringan dan tidak bermuatan listrik, yang berinteraksi sangat lemah dengan materi biasa dan gaya gravitasi. Aksion diusulkan sebagai solusi untuk masalah CP (Charge-Parity) dalam fisika partikel, yaitu ketidaksesuaian antara perilaku partikel bermuatan listrik dan antipartikelnya dalam interaksi nuklir kuat. Aksion dapat dibentuk pada awal alam semesta melalui proses yang disebut misalignment mechanism, atau melalui peluruhan partikel lain. Aksion adalah kandidat menarik untuk materi gelap, karena dapat membentuk medan skalar koheren yang berperilaku seperti fluida superfluida, dan dapat menjelaskan fenomena seperti inti galaksi gelap dan gelombang gravitasi primordial.
Sterilino: Partikel hipotetis, merupakan versi lebih berat dari neutrino, yaitu partikel elementer netral yang hanya berinteraksi lemah dengan materi biasa dan gaya gravitasi. Sterilino diyakini tidak berinteraksi sama sekali dengan gaya elektromagnetik atau nuklir kuat, sehingga sulit dideteksi. Sterilino dapat dibentuk pada awal alam semesta melalui proses yang disebut seesaw mechanism, atau melalui peluruhan partikel lain. Sterilino adalah kandidat potensial untuk materi gelap panas, yaitu materi gelap yang memiliki kecepatan tinggi dan distribusi energi termal.
SIMP (Strongly Interacting Massive Particle): Partikel hipotetis yang memiliki massa antara 1 dan 100 MeV (mega elektron volt), dan berinteraksi kuat dengan materi biasa. Hipotesis SIMP diusulkan sebagai solusi untuk masalah sinar kosmik berenergi ultra-tinggi dan ketiadaan aliran pendinginan di gugus galaksi. Berbagai eksperimen dan pengamatan telah menetapkan batasan pada materi gelap SIMP sejak tahun 1990 hingga sekarang. SIMP juga memiliki beberapa komponen yang saling berinteraksi dan menyebabkan perubahan kepadatan massa materi gelap. SIMP dapat berinteraksi dengan sektor terlihat melalui portal vektor atau operator efektif lainnya.
Diolah dari sumber: What is Dark Matter Made Of? These Are the Top Candidates | Discover Magazine
Nurseto Ardiputranto
Add comment