Alam semesta terdiri dari setidaknya dua jenis materi. Terutama, ada bahan yang bisa kita deteksi, yang oleh para astronom disebut sebagai materi "baryonic". Itu dianggap sebagai materi "biasa" karena terbuat dari proton dan neutron, yang dapat diukur. Materi Baryonic termasuk bintang dan galaksi, ditambah semua benda yang dikandungnya.
Ada juga "barang-barang" di luar sana di alam semesta yang tidak dapat dideteksi melalui sarana pengamatan normal. Namun, itu memang ada karena para astronom dapat mengukur efek gravitasi pada materi baryonic. Para astronom menyebut materi ini "materi gelap" karena, yah, gelap. Itu tidak memantulkan atau memancarkan cahaya. Bentuk materi misterius ini menghadirkan beberapa tantangan besar untuk memahami banyak hal besar tentang alam semesta, kembali ke awal, sekitar 13,7 miliar tahun yang lalu.
Penemuan Materi Gelap
Beberapa dekade yang lalu, para astronom menemukan bahwa tidak ada cukup massa di alam semesta untuk menjelaskan hal-hal seperti rotasi bintang
galaksi dan pergerakan gugus bintang. Massa mempengaruhi gerakan suatu benda melalui ruang, baik itu galaksi atau bintang atau planet. Menilai dari cara beberapa galaksi berputar, misalnya, tampak bahwa ada lebih banyak massa di suatu tempat. Itu tidak terdeteksi. Entah bagaimana itu "hilang" dari inventaris massal yang mereka kumpulkan menggunakan bintang dan nebula untuk menetapkan sebuah galaksi massa yang diberikan. Vera Rubin dan timnya mengamati galaksi ketika mereka pertama kali melihat perbedaan antara laju rotasi yang diharapkan (berdasarkan perkiraan massa galaksi tersebut) dan tingkat aktual yang mereka amati.Para peneliti mulai menggali lebih dalam untuk mencari tahu di mana semua massa yang hilang telah pergi. Mereka menganggap bahwa mungkin pemahaman kita tentang fisika, yaitu Relativitas umum, cacat, tetapi terlalu banyak hal lain tidak cocok. Jadi, mereka memutuskan bahwa mungkin massa masih ada di sana, tetapi tidak terlihat.
Meskipun masih mungkin bahwa kita kehilangan sesuatu yang mendasar dalam teori gravitasi kita, pilihan kedua lebih cocok untuk fisikawan. Dari wahyu itu lahirlah gagasan tentang materi gelap. Ada bukti pengamatan untuk itu di sekitar galaksi, dan teori dan model menunjukkan keterlibatan materi gelap di awal pembentukan alam semesta. Jadi, para astronom dan kosmolog tahu itu ada di luar sana, tetapi belum menemukan apa itu.
Cold Dark Matter (CDM)
Jadi, apa yang bisa menjadi materi gelap? Sampai sekarang, hanya ada teori dan model. Mereka sebenarnya dapat ditempatkan ke dalam tiga kelompok umum: materi gelap panas (HDM), materi gelap hangat (WDM), dan materi gelap dingin (CDM).
Dari ketiganya, CDM telah lama menjadi kandidat utama untuk apa massa yang hilang di alam semesta ini. Beberapa peneliti masih menyukai teori kombinasi, di mana aspek ketiga jenis materi gelap ada bersama-sama untuk membentuk total massa yang hilang.
CDM adalah sejenis materi gelap yang, jika ada, bergerak perlahan dibandingkan dengan kecepatan cahaya. Diperkirakan telah ada di alam semesta sejak awal dan sangat mungkin mempengaruhi pertumbuhan dan evolusi galaksi. serta pembentukan bintang-bintang pertama. Para astronom dan fisikawan berpikir bahwa kemungkinan besar partikel eksotis yang belum terdeteksi. Sangat mungkin memiliki beberapa sifat yang sangat spesifik:
Itu harus kurang berinteraksi dengan gaya elektromagnetik. Ini cukup jelas karena materi gelap itu gelap. Karena itu ia tidak berinteraksi dengan, memantulkan, atau memancarkan segala jenis energi dalam spektrum elektromagnetik.
Namun, setiap kandidat partikel yang membentuk materi gelap dingin harus memperhitungkan bahwa ia harus berinteraksi dengan medan gravitasi. Sebagai buktinya, para astronom telah memperhatikan bahwa akumulasi materi gelap dalam gugusan galaksi memiliki pengaruh gravitasi pada cahaya dari objek yang lebih jauh yang kebetulan lewat. Ini yang disebut "efek pelensaan gravitasi" telah diamati berulang kali.
Kandidat Benda Gelap Dingin
Sementara tidak ada materi yang diketahui memenuhi semua kriteria untuk materi gelap dingin, setidaknya tiga teori telah dikemukakan untuk menjelaskan CDM (jika ada).
- Partikel Massive Berinteraksi lemah: Juga dikenal sebagai WIMP, partikel-partikel ini, menurut definisi, memenuhi semua kebutuhan CDM. Namun, tidak ada partikel semacam itu yang pernah ditemukan. WIMPs telah menjadi istilah umum untuk semua kandidat materi gelap dingin, terlepas dari mengapa partikel tersebut dianggap muncul.
- Axions: Partikel-partikel ini memiliki (setidaknya secara marginal) sifat-sifat yang diperlukan dari materi gelap, tetapi karena berbagai alasan mungkin bukan jawaban untuk pertanyaan materi gelap dingin.
- MACHO: Ini adalah akronim untuk Objek Halo Kompak Besar, yang merupakan objek seperti lubang hitam, kuno bintang neutron, katai coklat dan benda-benda planet. Ini semua non-bercahaya dan masif. Tetapi, karena ukurannya yang besar, baik dari segi volume dan massa, mereka akan relatif mudah dideteksi dengan memonitor interaksi gravitasi lokal. Ada masalah dengan hipotesis MACHO. Gerakan galaksi yang diamati, misalnya, adalah seragam dengan cara yang akan sulit dijelaskan jika MACHO memasok massa yang hilang. Lebih jauh, gugus bintang akan memerlukan distribusi benda-benda yang sangat seragam dalam batas-batasnya. Tampaknya sangat tidak mungkin. Juga, banyaknya MACHO yang harus cukup besar untuk menjelaskan massa yang hilang.
Saat ini, misteri dark matter belum memiliki solusi yang jelas. Para astronom terus merancang eksperimen untuk mencari partikel yang sulit dipahami ini. Ketika mereka mengetahui apa mereka dan bagaimana mereka didistribusikan di seluruh alam semesta, mereka akan membuka kunci bab lain dalam pemahaman kita tentang kosmos.