Ada apa?

Kita dikelilingi oleh materi. Faktanya, kita penting. Segala sesuatu yang kita deteksi di alam semesta juga penting. Ini sangat mendasar sehingga kami hanya menerima bahwa semuanya terbuat dari materi. Ini adalah blok bangunan mendasar dari segalanya: kehidupan di Bumi, planet tempat kita hidup, bintang-bintang, dan galaksi. Biasanya didefinisikan sebagai apa pun yang memiliki massa dan menempati volume ruang.

Blok pembangun materi disebut "atom" dan "molekul." Mereka juga penting. Materi yang dapat kita deteksi secara normal disebut materi "baryonic". Namun, ada jenis masalah lain di luar sana, yang tidak dapat dideteksi secara langsung. Tetapi pengaruhnya bisa. Ini disebut materi gelap.

Sangat mudah untuk mempelajari materi normal atau "materi baryonic". Ini dapat dipecah menjadi partikel sub-atom yang disebut lepton (elektron misalnya) dan quark (blok bangunan proton dan neutron). Inilah yang membentuk atom dan molekul yang merupakan komponen dari segala sesuatu dari manusia hingga bintang.

Materi normal bercahaya, yaitu, ia berinteraksi secara elektromagnetik dan gravitasi dengan materi lain dan dengan radiasi. Itu tidak selalu bersinar seperti yang kita pikirkan tentang bintang yang bersinar. Mungkin mengeluarkan radiasi lain (seperti inframerah).

Aspek lain yang muncul ketika materi dibahas adalah sesuatu yang disebut antimateri. Anggap saja sebagai kebalikan dari materi normal (atau mungkin gambar cermin) dari itu. Kita sering mendengarnya ketika para ilmuwan membicarakannya reaksi materi / anti-materi sebagai sumber daya. Ide dasar di balik antimateri adalah bahwa semua partikel memiliki anti-partikel yang memiliki massa yang sama tetapi berlawanan arah dan muatannya. Ketika materi dan antimateri bertabrakan, mereka memusnahkan satu sama lain dan menciptakan energi murni dalam bentuk sinar gamma. Penciptaan energi itu, jika bisa dimanfaatkan, akan memberikan kekuatan yang sangat besar bagi peradaban mana pun yang bisa mengetahui bagaimana melakukannya dengan aman.

Berbeda dengan materi normal, materi gelap adalah material yang tidak bercahaya. Yaitu, ia tidak berinteraksi secara elektromagnetik dan karenanya tampak gelap (mis. Ia tidak akan memantulkan atau memancarkan cahaya). Sifat pasti dari materi gelap tidak diketahui, meskipun pengaruhnya terhadap massa lain (seperti galaksi) telah dicatat oleh astronom seperti Dr. Vera Rubin dan lain-lain. Namun, keberadaannya dapat dideteksi oleh efek gravitasi pada materi normal. Misalnya, kehadirannya dapat membatasi gerak bintang di galaksi, misalnya.

Saat ini ada tiga kemungkinan dasar untuk "hal-hal" yang membentuk materi gelap:

• Materi gelap dingin (CDM): Ada satu kandidat yang disebut partikel masif berinteraksi lemah (WIMP) yang bisa menjadi dasar materi gelap dingin. Namun, para ilmuwan tidak tahu banyak tentang itu atau bagaimana itu bisa terbentuk pada awal sejarah alam semesta. Kemungkinan lain untuk partikel CDM termasuk aksial, namun mereka tidak pernah terdeteksi. Akhirnya, ada MACHOs (MAssive Compact Halo Objects), Mereka bisa menjelaskan massa materi gelap yang diukur. Objek-objek ini termasuk lubang hitam, kuno bintang neutron dan benda-benda planet yang semuanya non-bercahaya (atau hampir jadi) tetapi masih mengandung jumlah massa yang signifikan. Itu akan dengan mudah menjelaskan materi gelap, tetapi ada masalah. Harus ada banyak dari mereka (lebih dari yang diharapkan mengingat usia galaksi tertentu) dan distribusinya harus luar biasa tersebar dengan baik ke seluruh alam semesta untuk menjelaskan materi gelap yang ditemukan para astronom "di luar sana." Jadi, materi gelap dingin tetap menjadi "pekerjaan di kemajuan."
• Materi gelap yang hangat (WDM): Ini diperkirakan terdiri dari neutrino steril. Ini adalah partikel yang mirip dengan neutrino normal kecuali fakta bahwa mereka jauh lebih masif dan tidak berinteraksi melalui gaya lemah. Kandidat lain untuk WDM adalah gravitino. Ini adalah partikel teoretis yang akan ada seandainya teori supergravitasi - campuran Relativitas umum dan supersimetri - traksi gain. WDM juga merupakan kandidat yang menarik untuk menjelaskan materi gelap, tetapi keberadaan neutrino steril atau gravitinos paling spekulatif.
• Materi gelap yang panas (HDM): Partikel-partikel yang dianggap sebagai materi gelap panas sudah ada. Mereka disebut "neutrino". Mereka bepergian hampir kecepatan cahaya dan jangan "mengumpul" dengan cara yang kita proyeksikan materi gelap akan lakukan. Juga mengingat bahwa neutrino hampir tanpa massa, jumlah yang luar biasa dari mereka akan dibutuhkan untuk membuat jumlah materi gelap yang diketahui ada. Satu penjelasan adalah bahwa ada jenis atau rasa neutrino yang belum terdeteksi yang akan mirip dengan yang sudah diketahui ada. Namun, itu akan memiliki massa yang jauh lebih besar (dan karenanya mungkin kecepatan lebih lambat). Tapi ini mungkin akan lebih mirip dengan materi gelap yang hangat.

Materi tidak benar-benar ada tanpa pengaruh di alam semesta dan ada hubungan yang aneh antara radiasi dan materi. Koneksi itu tidak dipahami dengan baik sampai awal abad ke-20. Saat itulah Albert Einstein mulai berpikir tentang hubungan antara masalah dan energi dan radiasi. Inilah yang ia pikirkan: menurut teorinya tentang relativitas, massa dan energi adalah setara. Jika radiasi (cahaya) yang cukup bertabrakan dengan foton lain (kata lain untuk "partikel" cahaya) dengan energi yang cukup tinggi, massa dapat dibuat. Proses ini adalah apa yang para ilmuwan pelajari di laboratorium raksasa dengan penumbuk partikel. Pekerjaan mereka menggali secara mendalam ke jantung materi, mencari partikel terkecil yang diketahui ada.

Jadi, sementara radiasi tidak secara eksplisit dianggap sebagai materi (tidak memiliki massa atau menempati volume, setidaknya tidak dengan cara yang terdefinisi dengan baik), radiasi terhubung ke materi. Ini karena radiasi menciptakan materi dan materi menciptakan radiasi (seperti saat materi dan anti-materi bertabrakan).

Dengan mengambil koneksi materi-radiasi selangkah lebih maju, ahli teori juga mengusulkan bahwa ada radiasi misterius di kita alam semesta. Ini disebut energi gelap. Sifatnya tidak dipahami sama sekali. Mungkin ketika materi gelap dipahami, kita akan memahami sifat energi gelap juga.

Diedit dan diperbarui oleh Carolyn Collins Petersen.