Alam semesta penuh dengan teka-teki, namun sedikit yang sebanding dengan kegigihan—atau daya tarik—materi gelap. Pertama kali diusulkan pada 1933 oleh astronom Fritz Zwicky, substansi yang sulit dipahami ini menolak mengikuti aturan biasa: ia tidak memancarkan, menyerap, atau berinteraksi dengan cahaya dalam bentuk apa pun. Bahkan, kita sama sekali tidak bisa melihatnya. Namun, tarikan tak kasatmata nya membentuk galaksi, mengisyaratkan bahwa sesuatu yang masif—dan misterius—ada di luar sana.
Setelah hampir 100 tahun, dan dengan bantuan Teleskop Luar Angkasa Sinar Gamma Fermi milik NASA, para peneliti mungkin akhirnya telah “melihat” materi gelap untuk pertama kalinya.
Jika ini terbukti benar, ini akan menjadi perkembangan signifikan bagi sains. Kemampuan materi gelap untuk bersembunyi di depan mata memang legendaris. Ia tak dapat dilihat oleh alat apa pun yang pernah dibuat manusia karena materi gelap tidak bisa memancarkan, menyerap, atau memantulkan cahaya jenis apa pun, yang merupakan cara manusia dan semua alat kita melihat sesuatu. Hal itu membuat materi gelap luar biasa sulit untuk ditemukan.
Tomonori Totani, seorang profesor astronomi di Universitas Tokyo, percaya ia mungkin telah berhasil di mana banyak orang sebelumnya gagal. Dalam sebuah studi yang diterbitkan 25 November di Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Totani mengatakan ia mungkin telah menemukan materi gelap dengan mengamati produk sampingan dari dua partikel materi gelap yang saling bertabrakan.
Jangan lewatkan konten teknologi yang tidak memihak dan ulasan berbasis lab kami. Tambahkan CNET sebagai sumber pilihan di Google.
Kunci penemuan ini adalah keberadaan teoretis dari sesuatu yang disebut Weakly Interacting Massive Particles, atau disingkat WIMP. WIMP adalah bagian dari materi gelap yang lebih besar dari proton dan tidak berinteraksi dengan jenis partikel lain. Ketika dua WIMP bertabrakan, teori ilmiah menunjukkan bahwa mereka saling memusnahkan, dan reaksi yang dihasilkan menghasilkan sinar gamma.
Totani menggunakan data dari Teleskop Luar Angkasa Sinar Gamma Fermi milik NASA untuk menemukan apa yang ia yakini sebagai emisi sinar gamma dari peristiwa pemusnahan ini, yang, jika akurat, akan membuktikan bahwa materi gelap ada—atau setidaknya menempatkan ilmuwan pada jalur yang benar untuk mengonfirmasi keberadaannya.
Para ilmuwan berteori bahwa sekitar 27% dari total massa-energi alam semesta terdiri dari materi gelap.
NASA
Mengapa materi gelap begitu sulit ditemukan?
NASA menggambarkan materi gelap sebagai “lem tak kasatmata yang menyatukan alam semesta.” Materi gelap ada di mana-mana. Teori menunjukkan bahwa hanya 5% materi adalah hal biasa yang bisa Anda dan saya lihat, sedangkan materi gelap menyusun 27% dari keseluruhan. Sisanya adalah energi gelap, yang merupakan misteri lain lagi yang belum terpecahkan oleh sains.
Jika materi gelap jumlahnya lebih dari lima kali lipat materi biasa, mengapa ia begitu sulit dilihat? Jawaban singkatnya adalah materi gelap tidak berinteraksi dengan materi dengan cara yang dapat dideteksi manusia menggunakan teknologi saat ini.
Ini sepenuhnya tidak wajar. Sains juga kesulitan mendeteksi lubang hitam. Cahaya tidak dapat lolos dari lubang hitam, sehingga mustahil mengamatinya secara langsung. Sebaliknya, ilmuwan telah mengembangkan beberapa metode untuk mendeteksi keberadaan lubang hitam berdasarkan dampaknya pada lingkungan sekitarnya.
Teori menunjukkan bahwa hanya 5% materi adalah hal biasa yang bisa Anda dan saya lihat, sedangkan materi gelap menyusun 27% dari keseluruhan.
Cygnus X-1 — lubang hitam pertama yang pernah terdeteksi — ditemukan berkat sesuatu yang disebut cakram akresi. Cakram akresi adalah awan berputar gas, debu, plasma, dan partikel lain yang terbentuk di sekitar lubang hitam dan cenderung memancarkan radiasi sinar-X dalam jumlah besar. Para peneliti menemukan sinar-X intens tersebut dan menyimpulkan bahwa itu berasal dari lubang hitam. Dalam foto pertama lubang hitam yang diambil pada 2019, bagian yang terlihat adalah cakram akresi lubang hitam, bukan lubang hitam itu sendiri.
Filsuf dan pendeta Inggris John Michell pertama kali berteori tentang keberadaan lubang hitam pada 1783. Artinya, umat manusia membutuhkan 236 tahun untuk mengambil gambar lubang hitam, dan bahkan saat itu, kita tidak bisa melihat lubang hitam dalam gambar. Kita hanya tahu ia ada karena kita dapat melihat cakram akresinya.
Materi gelap jauh lebih menantang untuk dideteksi. Ia sama sekali tidak berinteraksi dengan spektrum elektromagnetik, termasuk cahaya tampak. Mirip seperti lubang hitam, sains telah menggunakan dampaknya pada lingkungan untuk mencoba membuktikan keberadaannya.
Fenomena ini dimulai pada 1933, ketika astronom Fritz Zwicky mengamati bahwa galaksi di Gugus Coma bergerak terlalu cepat untuk jumlah materi biasa yang terkandung di dalamnya. Zwicky menyimpulkan bahwa pasti ada jenis materi tak terlihat kedua yang menambah lebih banyak gaya gravitasi, bertindak sebagai semacam lem yang menyatukan gugusan tersebut.
Teori ini telah disempurnakan seiring waktu, dengan bukti tambahan bermunculan. Salah satu contohnya adalah pelensaan gravitasi, yaitu pembelokan cahaya yang disebabkan oleh gravitasi. Gugus Peluru (Bullet Cluster) adalah contoh terbaik dari hal ini yang berpotensi disebabkan oleh materi gelap, tetapi belum terbukti secara definitif.
Pelensaan gravitasi di sekitar Gugus Peluru (ditunjukkan di sini dengan warna biru) adalah salah satu contoh potensial paling jelas dari efek gravitasi materi gelap pada cahaya.
NASA
Penulis studi menjelaskan apa yang ditemukannya
Selama beberapa dekade, ilmuwan telah mengajukan berbagai kandidat potensial untuk apa sebenarnya partikel materi gelap itu. Salah satu teori tersebut adalah WIMP. Partikel teoretis ini jauh lebih besar dari foton dan memiliki karakteristik khas. Ketika mereka bertabrakan, sains memprediksi bahwa mereka akan saling menghancurkan, menghasilkan semburan sinar gamma.
NASA memiliki video singkat di sini yang menunjukkan bagaimana ini akan bekerja dalam teori. Emisi sinar gamma inilah yang dipercaya Totani telah ditemukannya.
“Kami mendeteksi sinar gamma dengan energi foton sebesar 20 gigaelektronvolt (atau 20 miliar elektronvolt, jumlah energi yang sangat besar, membentang dalam struktur seperti halo menuju pusat galaksi Bima Sakti,” kata Totani kepada Phys.org. “Komponen emisi sinar gamma ini sangat cocok dengan bentuk yang diharapkan dari halo materi gelap.”
Ada sedikit hal untuk dijelaskan di sini, jadi saya meminta informasi lebih lanjut dari Totani. Ia mengatakan kepada saya bahwa bintang-bintang di galaksi kita “terdistribusi dalam sebuah piringan, sementara halo materi gelap diperkirakan mengelilinginya secara bulat.” Radiasi yang dihasilkan dari materi gelap teoretis akan mencapai piringan dari lokasi bulatnya, memberi Totani gambaran tentang apa yang harus dicari dan di mana secara umum harus mencari.
Setelah ia melihat ke sana, ia dapat menemukan radiasi yang katanya “konsisten dengan prediksi materi gelap.”
Dengan kata lain, sinar gamma berada di tempat yang seharusnya, pada tingkat energi foton yang diprediksi sains, dan emisinya dalam bentuk yang diharapkan untuk materi gelap.
NASA mendalilkan bahwa cincin gelap di sekitar gugusan CL0024+17 mungkin adalah materi gelap.
NASA
Mengubah sains selamanya
Totani menemukan sinar gamma di tempat yang seharusnya dan pada kekuatan yang diprediksi, jadi itu pasti materi gelap, bukan?
Tidak persis.
Meskipun temuan ini menjanjikan, mereka tidak serta merta membuktikan keberadaan materi gelap. Langkah pertama adalah meminta peneliti independen memverifikasi kesimpulan Totani.
Totani menyadari hal ini dan ingin peneliti independen memeriksa data dalam upaya mereplikasi temuannya. Ini termasuk mengukur emisi sinar gamma dari sumber lain di alam semesta, seperti galaksi katai, untuk melihat apakah ada hal lain yang dapat menjelaskan temuannya.
“Jika benar, sifat sejati materi gelap, yang lama menjadi misteri terbesar dalam kosmologi, telah terungkap.”
Tomonori Totani, profesor astronomi di Universitas Tokyo
Saat ini, temuannya tidak dapat dengan mudah dijelaskan oleh sumber emisi sinar gamma yang diketahui, tetapi itu tidak berarti tidak ada sama sekali. Data perlu diuji dan diuji ulang, dan para peneliti perlu membawa lebih banyak informasi untuk memverifikasi bahwa temuannya memang terkait dengan materi gelap.
Sains akan meluangkan waktu untuk ini, karena jika Totani benar-benar menemukan materi gelap, implikasinya akan sangat besar. Ia mencatat bahwa penemuan partikel elementer baru yang tidak termasuk dalam Model Standar fisika partikel saat ini akan memiliki dampak signifikan pada teori fisika fundamental. Dan penemuan materi gelap akan membantu menyatukan misteri kosmologis lainnya, seperti sifat energi gelap, gaya tak kasatmata yang menyebabkan alam semesta mengembang dengan laju yang dipercepat.
“Jika benar, sifat sejati materi gelap, yang lama menjadi misteri terbesar dalam kosmologi, telah terungkap,” kata Totani.