10 Teori Menarik Tentang Materi Gelap

Meskipun banyak eksperimen canggih dan kontribusi dari beberapa intelek terhebat di zaman kita, pencarian terus berlanjut. Ini mungkin menjelaskan seperempat kepadatan energi di alam semesta, tetapi hingga saat ini, semua upaya untuk mendeteksi langsung tidak membuahkan hasil.

Materi misterius tidak menyerap atau memancarkan cahaya. Ia juga tidak berinteraksi dengan tiga dari empat kekuatan fundamental alam. Properti yang sulit dipahami ini membuat hampir tidak mungkin untuk dijabarkan.

Para peneliti di seluruh dunia sangat ingin mengungkap misteri materi gelap — mulai dari pencarian WIMP di Large Hadron Collider (LHC) hingga detektor sumbu mutakhir dari Universitas Washington. Sementara beberapa teori memperkirakan jawabannya akan ditemukan dalam dimensi ekstra tersembunyi, yang lain lebih suka lubang hitam dan bintang neutron.

Meskipun kurangnya bukti langsung, sebagian besar astrofisikawan masih percaya bahwa materi gelap ada di luar sana. Fenomena kosmik seperti rotasi galaksi tidak dapat dijelaskan melalui fisika tradisional kecuali ada bentuk materi yang tersembunyi.

10. Partikel Masif Interaktif Lemah (WIMP)

Selama beberapa dekade, kandidat paling populer untuk materi gelap adalah (WIMP). Partikel hipotetis pertama kali diimpikan pada tahun 1970-an sebagai perluasan dari Model Standar tradisional fisika partikel. Teorinya adalah bahwa kosmos dipenuhi dengan partikel bermuatan netral yang tak terlihat yang muncul tak lama setelah big bang.

Ide tentang partikel bukanlah hal baru. Para ilmuwan sudah mengetahui tentang neutrino — partikel subatomik yang sulit dideteksi yang melintasi galaksi dengan massa pecahan di atas nol. Sebagai perbandingan, WIMP diyakini jauh lebih berat dan lebih lamban, berjalan dengan susah payah melintasi langit dalam gumpalan padat dan struktur rumit. Artinya, jika mereka benar-benar ada.

Meskipun ada banyak eksperimen, tidak ada upaya untuk menemukan WIMP yang berhasil. Awalnya, LHC di Jenewa dianggap dapat menjelaskan keberadaan mereka. Namun hampir satu dekade setelah dibuka, tidak ada bukti yang ditemukan. Demikian pula, tangki xenon cair yang sangat sensitif yang terkubur jauh di bawah South Dakota juga tidak menemukan apa pun dalam pencarian mereka.

Dengan para ilmuwan yang terus-menerus gagal mendeteksi partikel-partikel ini secara langsung, hipotesis seputar WIMP sekarang diragukan lagi. Seorang ahli astrofisika yang menulis untuk Majalah Forbes membandingkan pencarian terus-menerus dengan "pemabuk yang mencari kuncinya yang hilang di bawah tiang lampu".

Ini akan menjadi pengawasan untuk mengesampingkan WIMPs sama sekali. Tapi sepertinya para ilmuwan harus kembali ke papan gambar dan mempertimbangkan teori alternatif materi gelap juga.

9. Objek Halo Kompak Astrofisika Masif (MACHO)

Penjelasan lain yang kurang eksotis untuk materi gelap adalah keberadaan objek halo kompak astrofisika masif (MACHO). Ini termasuk, bintang neutron, dan katai coklat — objek bintang ultrakompak yang terdiri dari materi biasa. MACHO tidak dapat dideteksi menggunakan metode tipikal karena mereka memancarkan sedikit atau tidak ada radiasi.

Sebaliknya, suara bisu ini diamati dengan mempelajari cahaya dari bintang jauh melalui proses yang dikenal sebagai pelensaan mikro. Karena massanya yang sangat besar, MACHO membelokkan dan memfokuskan sinar cahaya ke sekelilingnya, yang menyebabkan sinar tampak lebih terang.

Tingkat distorsi tergantung pada massa MACHO tersebut. Dengan mengamati cahaya, para ilmuwan dapat menghitung jumlah materi tersembunyi yang ada. Namun, tidak cukup banyak MACHO yang ditemukan bersembunyi untuk menjelaskan semua materi gelap di alam semesta. Karena itu, pencarian kandidat lain terus berlanjut.

8. Axion

diperkirakan bermuatan netral, partikel yang bergerak lambat dengan massa sekitar satu miliar kali lebih ringan dari elektron. Interaksi mereka dengan cahaya dan materi lain relatif lemah, yang membuat para kosmolog yakin akan potensi mereka untuk menyusun materi gelap. Tapi itu juga membuat mereka sangat sulit dideteksi.

Hanya sumbu dari rentang massa sempit yang dapat membentuk materi gelap. Jika mereka jauh lebih ringan atau lebih berat, observasi pasti sudah dilakukan sekarang. Jendela kemungkinan yang terbatas ini berarti bahwa tugas untuk memutuskan hipotesis axion masuk atau keluar relatif sederhana jika dibandingkan dengan kandidat lain.

Upaya terbaru untuk mendeteksi sumbu dimulai pada April 2018 ketika astrofisikawan di Universitas Washington meluncurkan Eksperimen Materi Gelap Axion (ADMX). Menurut teori tersebut, ketika sumbu melewati a, mereka dapat meluruh secara spontan menjadi dua foton (paket cahaya individu).

Jika sumbu dari Bima Sakti terus-menerus melesat di Bumi tanpa diketahui, maka magnet ADMX yang sangat kuat akan mengubah beberapa di antaranya menjadi foton gelombang mikro. Detektor yang sangat sensitif tersedia untuk mengambil foton yang dihasilkan, tetapi sejauh ini, tidak ada bukti yang dilaporkan.

7. Gravitino

Hipotesis gravitino menggali jauh ke dalam ranah teoretis. Pada 1960-an dan 1970-an, para ilmuwan mengembangkan teori supersimetri untuk menjelaskan beberapa celah yang ditinggalkan oleh Model Standar fisika partikel.

Supersimetri memprediksi bahwa untuk setiap partikel dalam model Standar (misalnya, elektron, foton, Higgs), harus ada teori. Partikel-partikel mitra ini memiliki sifat yang mirip dengan aslinya kecuali beberapa perbedaan mendasar dalam momentum sudut intrinsiknya.

Teori terpisah memprediksi keberadaan graviton — partikel tak bermassa yang memediasi gaya gravitasi, mirip dengan foton yang memediasi elektromagnetisme. Yang mengaitkan kedua teori ini adalah gravitino — pasangan supersimetrik hipotetis dengan graviton yang diyakini beberapa fisikawan dapat membentuk materi gelap.

6. Partikel Kaluza-Klein

Alam semesta kita dikatakan terdiri dari empat dimensi — tiga dimensi spasial plus. Namun, selama abad terakhir, para ilmuwan telah memikirkan apakah masih ada lagi yang bisa ditemukan.

Memperluas terobosan Einstein, ahli teori Theodor Kaluza dan Oskar Klein meramalkan dimensi kelima tersembunyi melengkung di seluruh alam semesta. Pertama kali diterbitkan pada tahun 1921, model mereka mencakup serangkaian partikel hipotetis, yang paling ringan adalah calon materi gelap.

Karena sifatnya yang interaktif, partikel Kaluza-Klein (KK) termasuk di antara segelintir kandidat yang dapat dideteksi secara langsung. Selanjutnya, ketika dua partikel KK bertabrakan, mereka memusnahkan satu sama lain.

Dalam jarak dekat, partikel seperti foton dan neutrino ditembakkan. Mereka dapat dideteksi karena pola energinya yang khas. LHC berenergi tinggi terus mencari bukti dimensi ekstra dan partikel KK. Namun sejauh ini belum ada yang dilaporkan.

5. Fuzzy Dark Matter

Materi gelap fuzzy adalah pendatang baru di jajaran kandidat materi gelap. Teori pertama kali mulai mendapat daya tarik sekitar pergantian abad. Sebelumnya, hanya sedikit fisikawan yang tertarik, bahkan mereka hampir tidak pernah berkomunikasi satu sama lain.

Dengan demikian, materi gelap fuzzy memiliki beberapa nama berbeda, masing-masing dikemukakan secara independen oleh tim peneliti yang berbeda. Materi gelap medan skalar, partikel mirip sumbu ultra-terang, materi gelap gelombang, materi gelap fluida, dan materi gelap repulsif hanyalah beberapa di antaranya.

Terlepas dari banyaknya nama, semua teori kira-kira sama. Mereka mendalilkan bahwa materi gelap terbentuk dari sejumlah besar partikel kecil dengan massa sangat rendah. Pada suhu yang sangat dingin, partikel-partikel itu bergabung membentuk jenis materi aneh yang dikenal sebagai a. Dalam bentuk kondensat, partikel-partikel ini hampir tidak memiliki energi dan berperilaku seperti satu benda kohesif.

Partikel individu hampir tidak memiliki efek pada lingkungannya. Namun, secara massal, mereka dapat mendistorsi sinar cahaya antarbintang. Besarnya distorsi tergantung pada massa partikel materi gelap. Oleh karena itu, para ilmuwan dapat mencari materi gelap kabur dengan memeriksa data arsip dari observatorium seperti Very Long Baseline Array di New Mexico.

4. Materi Gelap yang Berinteraksi dengan Sendiri

Salah satu kunci frustrasi seputar materi gelap adalah ia menolak untuk mematuhi prediksi para ilmuwan. Menurut model yang dihasilkan komputer, substansi harus menyusun dirinya sendiri menjadi sesuatu yang dikenal sebagai "distribusi titik puncak". Teori ini memprediksikan bahwa materi gelap dapat ditemukan di jantung a, beberapa terkonsentrasi di bola padat dan sisanya bertahan di sekitarnya sebagai uap.

Pada kenyataannya, para ahli kosmologi telah mengamati bahwa materi gelap berperilaku hampir berlawanan: ia mengorbit di sekitar tepi galaksi dalam struktur halo yang sangat jauh. Ini dinamai "distribusi inti". Dari situ, muncul masalah "inti-puncak".

Untuk menjelaskan perbedaan inti puncak, para ilmuwan mengemukakan teori materi gelap yang berinteraksi sendiri. Model ini mengusulkan bahwa, karena sangat misterius dan sulit dipahami, partikel materi gelap berinteraksi satu sama lain melalui gaya yang saat ini tidak dapat dijelaskan oleh fisika.

Namun, tidak semua orang setuju dengan penjelasan ini. Teori lain — pemanasan materi gelap — menyatakan bahwa materi gelap didorong dari pusat galaksi oleh dan angin diciptakan selama pembentukan bintang.

3. Neutrino steril

Penelitian Neutrino adalah salah satu bidang fisika kontemporer yang paling menarik. Pada 2015, Takaaki Kajita dan Arthur B. McDonald dianugerahi in Physics karena menunjukkan bahwa neutrino secara berkala mengubah "rasa" dalam perjalanan mereka melintasi alam semesta.

Saat ini, hanya ada tiga "" neutrino yang diketahui — elektron, muon, dan tau. Semuanya terlalu cepat untuk membentuk materi gelap. Namun, para peneliti di Fermilab di Illinois sedang mengejar rasa keempat dan kandidat materi gelap potensial: neutrino steril.

Eksperimen MiniBooNE mereka menjelajahi berkas partikel yang intens untuk mencari rasa keempat yang sulit dipahami. Detektor terdiri dari tangki bola besar yang diisi dengan lebih dari 800 ton minyak mineral. Pada tahun 2018, MiniBooNE memberikan hasil yang menjanjikan yang mengisyaratkan keberadaan neutrino steril. Namun, hasil eksperimen MINOS + yang dilaporkan pada 2019 bertentangan dengan studi 2018. Jelas belum ada konsensus.

2. Foton Gelap

Seperti yang telah dibahas sebelumnya, foton bertindak sebagai partikel tunggal dan menengahi gaya elektromagnetik, salah satu gaya fundamental alam. Untuk menjelaskan teka-teki materi gelap, beberapa ahli telah mengajukan gagasan tentang foton gelap — mediator gaya hipotetis yang mirip dengan foton biasa dengan massa yang sangat rendah.

Faktanya, beberapa peneliti percaya bahwa gelombang gravitasi — riak langit dalam struktur dan waktu — bisa menjadi kunci untuk mengungkap partikel yang sangat kecil ini. Jika foton gelap menyelinap di sekitar alam semesta, sinyal khas mereka dapat ditangkap oleh detektor gelombang gravitasi yang sangat sensitif seperti LIGO dan Virgo.

Saat para ilmuwan dengan penuh semangat menunggu peluncuran Antena Antariksa Interferometer Laser (LISA) —pengamatan gelombang gravitasi berbasis ruang angkasa pertama — tampaknya kita selangkah lebih dekat untuk akhirnya menemukan materi gelap.

1. Materi Gelap Tidak Ada

Seiring berjalannya waktu, kurangnya bukti untuk salah satu kandidat menyebabkan beberapa fisikawan bertanya-tanya apakah mereka telah membuat. Mungkin materi gelap tidak ada sama sekali. Mungkin memang ada penjelasan lain.

Salah satu skeptis materi gelap yang paling menonjol adalah fisikawan Israel Mordehai Milgrom, yang pertama kali mengajukan teori saingannya tentang Modifikasi Newtonian Dinamika (MOND) pada 1980-an. Dalam makalah mavericknya, Milgrom berpendapat bahwa fisika tradisional yang disusun mulai runtuh dalam skala yang sangat besar.

Jika ini benar, itu sepenuhnya mengubah gagasan terkini tentang bintang-bintang di jangkauan terluar galaksi. Di bawah MOND, materi gelap tidak perlu menjelaskan gerakan mereka yang tidak biasa.

Jadi, apakah materi gelap merupakan kesalahan besar?

Ini bukan pertama kalinya fisikawan membuat kesalahan dalam skala besar. Selama abad ke-19, ada kepercayaan yang dianut secara luas bahwa alam semesta kita penuh dengan zat tak terlihat yang disebut eter luminiferous.

Selama beberapa dekade, dianggap bahwa eter diperlukan untuk menyebarkan sinar cahaya. Kemudian eksperimen Michelson-Morley yang sangat penting pada tahun 1887 pada dasarnya membantah keberadaannya. Mengacu pada ini, Milgrom menggambarkan materi gelap sebagai "eter generasi kita".

Apakah materi gelap itu ada dan dalam bentuk apa tetap menjadi salah satu misteri besar sains modern. Bukti masa depan mungkin menunjukkan bahwa semua teori yang tercantum di sini sepenuhnya salah.

Di sisi lain, kita bisa berada dalam jangkauan terobosan besar. Dengan setiap detektor materi gelap baru dan setiap hasil nol, kami semakin dekat untuk menemukan kebenaran.

Jangan lupa Follow untuk mengikuti update terbaru dari REO News yang berisi info unik dan update, contohnya seperti 10 Teori Menarik Tentang Materi Gelap.