Beberapa Materi Gelap Yang Terdapat Di Alam Semesta
Beberapa Materi Gelap Yang Terdapat Di Alam Semesta – Beberapa pengamatan terus menerus mengindikasikan bahwa Alam Semesta didominasi oleh komponen-komponen tak terlihat dark matter (materi gelap) dan dark energy (energi gelap). Penjelasan terhadap kegelapan kosmik ini adalah sebuah prioritas bagi para astronom dan fisikawan.
Apakah komposisi Alam Semesta?
Dalam kaitannya dengan kontribusi mengenai kerapatan energi rata-rata, isi Alam Semesta idalah 75% dark energy, 20% dark matter dan 5% materi (atomik) normal, denga sedikit kontribusi dari foton dan neutrino. Pengukuran-pengukuran tersebut bergantung kepada keabsahan model Dentuman Besar panas (the hot Big Bang), teori relativitas umum dan prinsip kosmologi (bahwa Alam Semesta ituseragam pada skala terbesar). Keluasan dan kedalaman eksperimen-eksperimen dan pengamatan-pengamatan yang mendukung paham-paham dasar ini memberikan kita keyakinan bahwa model kosmosini memiliki sebuah pondasi yang solid. poker99
Apa bukti keberadaan dark matter?
Kita bisa menduga bahwa keberadaan dark matter lewat metode-metode pengamatan taklangsung, meskipun kita tidak mampumelihatnya (lihat Gambar). https://www.americannamedaycalendar.com/
Hukum Newton menyatakan bahwa massa sebuah objek dapat dihitung oleh pergerakan dari satelit yang berotasi terhadap dirinya. Dengan cara itu, orang telah menghitung dan menemukan bahwa massa kluster galaksi lebih besar daripada jumlah massa dari bintang-bintang dan gas antara bintang-bintang yang merupakan komponen dari tiap-tiap galaksi tersebut. Dan ada banyak bukti-bukti yang mendukung.
Sejauh ini terdapat beberapa alasan yang bagus untuk mengharakan bahwa “barang” ekstra ini bukanlah materi biasa. Jika tidak, tentu tidak sulit bagi para astronom untuk menemukan mereka karena jumlahnya sangat banyak (mengisi 20% Alam Semesta). Dan lebih jauh lagi, mereka akan meninggalkan sebuah tanda yang jelas di radiasi latar gelombang radio kosmik (cosmic microwave background, atau disingkat CMB, yaitu radiasi sisa-sisa dari proses Dentuman Besar), dan dalam sifat-sifat galaksi dan kluster.
Kenapa kita tidak dapat menyimpulkan bahwa hukum-hukum Newton tidak berlaku untuk ukuran galaksi atau kluster?
Pernyataan itu mungkin adalah sebuah hipotesis yang masuk akal beberapa dekade yang lalu. Namun, apapun teori gravitasi lain yang bertanggung jawab pada dinamika galaksi dan kluster juga harus menjelaskan data raksasa lensa gravitasi (pembelokkan cahaya yang berasal dari sumber yang jauh oleh massa sebuah objek), CMB dan struktur skala-besar. Pada saat yang bersamaan, teori ini juga harus memenuhi ketepatan yang dapat diterima jika diterapkan pada gravitasi yang berasal dari dalam Tata Surya.
Berapa banyak dark matter di sekitar kita?
Kecepatan dari orbit bintang-bintang yang terdapat di dalam galaksi Bimasakti mengindikasikan bahwa kerapatan massa rata-rata dark matter di sekitar kita adalah sekitar seperti tiga dari massa proton per sentimeter kubik. Sebagai gambaran, jumlah tersebut ialah 106 kali lebih besar daripada kerapatan rata-rata kosmos, tapi 10-24 kali lebih kecil daripada kerapatan rata-rata air.
Karena apapun objek yang terbuat dari dark matter bergerak dalam potensial gravitasi galaktik (gravitasi yang berasal dari galaksi), kita tahu bahwa mereka pasti bergerak dengan kecepatan sekitar 200 kilometer per detik. Kecepatan dari orbit Bumi untuk mengelilingi Matahari untuk memberi tanda sejumlah keberadaan dark matter di antara Bumi dan Matahari bervariasi sekitar 10% dari musim panas ke musim dingin (lihat Gambar). Lebih jauh lagi, distribusi dark matter di dalam galaksi kemungkinan tidak rata; pembentukan galaksi adalah sebuah proses yang berkelanjutan, dan perhitungan-perhitungan komputasi menunjukkan bahwa mungkin ada substruktur dark matter dalam bentuk bongkahan dan arus pasang dengan jumlah yang signifikan.
Apakah taruhan terbaik untuk partikel dark matter?
Dari beragam kumpulan usulan, ide yang paling menjanjikan melibatkan partikel-partikel elementer yang baru. Di antara kandidat yang sudah teruji oleh penyelidikan teoritis adalah partikel massif berinteraksi lemah (weakly interacting massive particle, WIMP) dan axion. WIMP berinteraksi lemah dengan materi normal, seperti juga halnya neutrino. WIMP muncul dengan alamiah dalam perluasan Model Baku (extension of the Standard Model, sebagian menyebutnya beyond the Standard Model) dalam fisika partikel, WIMP hadir, contohnya, dalam supersimetri atau dalam model-model dengan dimensi ekstra besar (large extra dimension).
Pendektesian WIMP merupakan salah satu tujuan utama proyek Large Hadron Collider (LHC) di CERN, dekat Genewa, Swis. Kandidat yang lain yaitu axion adalah sebuah partikel hipotetik elementer yang dihadirkan untuk menjelaskan sejumlah simetri dalam interaksi kuat yang mengikat quark-quark di dalam proton dan neutron. Kemungkinan lain tetap ada, jadi penting bagi kita untuk tetap berpikir terbuka. Walaupun demikian, keterbatasan akan kekuatan interaksi partikel-partikel dark matter dengan materi biasa, kestabilan mereka terhadap proses peluruhan (decay) dan “kedinginan” mereka — partikel-partikel dark matter saat ini pasti bergerak lebih lambat daripada kecepatan cahaya dan membuat kita mampu untuk memilah-milah partikel-partikel mana saja yang mungkin sebagai kandidat dark matter.
Eksperimen atau pengamatan apa yang dapat membantu?
Jelas, resolusi yang sangat meyakinkan untuk masalah dark matter ialah deteksi langsung partikel dark matter. Pada saat ini terdapat sekitar 20 proyek eksperimen yang mencoba menangkap WIMP dengan prinsip kerja sebagai berikut. Saat sebuah WIMP dari halo galaktik tertangkap oleh detektor, WIMP akan berinteraksi dengan inti atom yang membuat WIMP terhamburkan dan inti atom terpental (recoil effect). Energi sejumlah 10-1000 kiloelektronVolt akan dihasilkan dari interaksi tersebut. Energi ini disimpan dalam detektor tersebut untuk dipelajari.
Inti target dalam sejumlah eksperimen tersebut akan diletakkan di dalam kristal metal; pentalan inti dideteksi lewat energi hasil pentalan yang disimpan dalam detektor. Tantangan dari beberapa eksperimen tersebut ialah untuk memberikan perbedaan sinyak dari dark matter dari sinyal-sinyal radiasi latar dari Bumi yang jumlahnya sangat banyak. Akan tetapi, beberapa eksperimen generasi yang baru sudah lebih sensitif sehingga dalam waktu dekat memungkinkan bagi kita untuk menguji model-model dark-matter yang dibuat dari fisika partikel.
Penemuan partikel-partikel yang belum diketahui di eksperimen LHC akan semakin mengerucutkan partikel-partikel kandidat dark matter dan menaikkan rasa percaya diri kita bahwa kita berada di jalan yang benar. Tapi, hal ini semua tidak serta-merta menghilangkan kebutuhan pendeteksian astrofisik secara langsung.
Adakah cara lain untuk melihat dark matter?
Walaupun WIMP sendiri berada dalam teori yang mapan, pasangan WIMP dapat saling menghilangkan (annihilation atau pemusnahan), menghasilkan foton berenergi tinggi dan sinar kosmik dalam wujud positron (partikel antielektron), antiproton dan neutrino. Kita bisa mendeteksi partikel-partikel hasil pemusnahan sepasang WIMP ini dan hasilnya mungkin dapat memberikan bukti taklangsung tentang keberadaan dark matter. Sumber terdekat yang paling mungkin dari partikel-partikel produk pemusahan tersebut ialah pusat galaktik (galactic center), di sana kerapatan dark matter sangat tinggi.
Kemungkinan dari sumber lain ialah di inti sejumlah galaksi kerdil (dwarf galaxy) di sekitar galaksi Bimasakti, yang mana dark matter mendominasi di sana. Satu hal yang mungkin jadi petunjuk mengenai sumber ini adalah sinar gamma berenergi tunggal. Ada sejumlah eksperimen berbasis tanah (di Bumi), balon (di udara), dan satelit (di luar angkasa) yang tengah mencari petunjuk ini.