PUGAM.com – Dalam beberapa dekade terakhir, para ahli kosmologi telah menemukan bahwa regular matter atau materi biasa hanya menyumbang sebagian kecil dari total massa di alam semesta kita.
Materi biasa adalah hal-hal yang bisa kita lihat seperti bintang, planet, batuan, awan gas dan debu. Para ilmuwan biasa menyebutnya sebagai materi baryonic, disebut demikian karena terdiri dari partikel yang disebut baryon.
Sedangkan Dark Matter atau materi gelap adalah nama yang kita berikan pada sesuatu yang tidak bisa kita amati secara langsung, dan tampaknya terdiri dari sesuatu yang lain selain baryon.
Bukti Keberadaan Dark Matter (Materi Gelap)
Bukti pertama keberadaan materi gelap muncul pada 1930-an ketika seorang astronom bernama Fritz Zwicky mengamati Coma Cluster, cluster raksasa yang terdiri dari lebih 1000 galaksi dan semua gravitasi saling terikat satu sama lain.
Zwicky kemudian mengamati berapa banyak galaksi yang terlihat di cluster Coma dan membuat perkiraan jumlah total materi di cluster berdasarkan massa rata-rata galaksi.
Ia juga mengukur kecepatan beberapa galaksi di dalam cluster dan menyimpulkan bahwa banyak dari mereka yang bergerak sangat cepat. Dengan demikian, seharusnya mereka mampu melepaskan diri dari tarikan gravitasi galaksi lain dalam cluster dan melarikan diri ke luar angkasa.
Ini menandakan bahwa cluster jauh lebih besar dari yang Zwicky kira dan cara paling alami untuk menghitung luasnya adalah dengan menganggap bahwa banyak massa dari cluster itu tidak terlihat (tidak diketahui).
Sejak pengamatan awal yang dilakukan Zwicky, data serupa dari cluster lain telah menghasilkan sesuatu yang sama. Secara konsisten kita dapat melihat bahwa cluster tampaknya memiliki massa puluhan kali lebih besar dari materi bercahaya yang terkandung di dalamnya.
Sejak saat itu, bukti lebih lanjut tentang keberadaan materi gelap telah ditemukan di masing-masing galaksi itu sendiri.
Pada 1970-an, astronom melihat bahwa bintang-bintang di bagian luar dari beberapa galaksi terdekat mengorbit pusat galaksi mereka lebih cepat dari yang diperkirakan, dan tampaknya bergerak cukup cepat untuk melarikan diri dari galaksi yang menjadi tuan rumah mereka.
Ini menjadi bukti tambahan bahwa massa galaksi jauh lebih besar dari yang dapat dipertanggungjawabkan oleh bintang-bintang yang terlihat.
Dari sini, para astronom dapat menyimpulkan bahwa materi gelap tampaknya hadir mengelilingi galaksi di halo, yang membentang jauh melampaui tepi galaksi itu sendiri, serta berada di ruang antar galaksi di dalam cluster.
Materi Gelap Tidak Terlihat Namun Bisa Dirasakan Dampaknya
Hal yang paling menarik tentang materi gelap bukan hanya tidak bisa dilihat tetapi kita tahu bahwa materi gelap tidak terbuat dari hal yang sama seperti zat baryon normal. Inilah yang menyebabkan kita tidak bisa melihatnya, baryon berinteraksi satu sama lain melalui gravitasi, kekuatan nuklir dan kekuatan elektrostatik.
Interaksi ini yang memungkinkan zat baryon (seperti bintang) untuk memancarkan cahaya dan yang mencegah Anda ketika ingin meletakkan tangan di atas meja, partikel dari tangan Anda adalah elektrostatis ditolak oleh partikel yang ada pada meja.
Inilah sebabnya mengapa kita melihat dampaknya pada gerakan galaksi dan bintang-bintang, tapi mengapa kita tidak bisa melihatnya secara langsung.
Partikel materi gelap juga dapat melewati materi biasa hampir sepenuhnya tidak terdeteksi karena mereka tidak berinteraksi secara elektrostatik, yang berarti kita tidak bisa menyentuhnya atau merasakannya secara langsung.
Salah satu alasan yang dipercayai para astronom, materi gelap adalah non-baryonic yang hadir di alam semesta, karenanya kita tidak bisa menghitung berapa banyak materi baryonic yang ada di alam semesta.
Dengan mengukur rasio hidrogen, elemen paling umum di alam semesta, dan deuterium isotop yang lebih berat, para astronom telah mampu menentukan berapa banyak zat baryon yang harusnya hadir di alam semesta.
Hal ini karena deuterium sangat sulit untuk untuk dihasilkan, dan hampir semua deuterium telah dibentuk sejak terjadinya “Big Bang”.
Jumlah yang tepat dari zat baryon dipengaruhi oleh rasio hidrogen / deuterium, dan sebagai hasilnya sekarang kita tahu bahwa hanya 4% massa-energi yang ada di alam semesta hadir dalam bentuk zat baryon.
Kita tahu dari pengamatan lain bahwa semua materi di alam semesta mengisi sekitar 23% dari massa-energi, perbedaan tersebut akibat dari adanya materi gelap non-baryonic.
Sehingga berakhir pada kesimpulan bahwa sebagian besar materi di alam semesta (sekitar 5/6) hadir dalam bentuk yang tidak bisa kita lihat. Dan para ilmuwan telah menjelaskan komposisinya: 68% energi gelap, ~ 27% materi gelap, ~ 5% materi normal (regular matter).
Jadi Sebenarnya Materi Gelap Terbuat dari Apa?
Ada banyak hipotesis partikel yang berbeda yang telah diusulkan untuk menjelaskan materi gelap. Tetapi ada satu teori terkemuka yang dikenal sebagai Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs).
WIMPs berinteraksi dengan zat baryon melalui gravitasi (seperti yang kita ketahui bahwa materi gelap tidak), juga diharapkan untuk berinteraksi sangat sedikit melalui kekuatan yang dikenal sebagai weak nulcear force (gaya nuklir lemah).
Simulasi memprediksi bahwa materi gelap yang terbuat dari WIMPs akan menghasilkan struktur di alam semesta yang sangat mirip dengan apa yang sebenarnya kita amati.
Jika WIMPs benar-benar berinteraksi melalui gaya nuklir, para ilmuwan mungkin dapat mendeteksi mereka secara langsung menggunakan detektor bawah tanah yang sensitif.
Harus ada banyak partikel materi gelap yang melewati bumi sepanjang waktu, dan meskipun sebagian besar lolos tanpa hambatan, kadang-kadang harus ada satu yang berinteraksi dengan molekul, menghasilkan kilatan cahaya kecil dan pembusukan partikel baru.
Dengan bekerja mencari identitas dari pembusukan partikel yang dihasilkan dalam reaksi, memungkinkan kita untuk menyimpulkan identitas dari materi gelap itu sendiri.