Materi Gelap Mendominasi Isi Alam Semesta, Kita Hanya Sekerat Debu

Materi Gelap Mendominasi Isi Alam Semesta, Kita Hanya Sekerat Debu

Jadi, apa yang disebut-sebut sebagai materi gelap?
Alam semesta tidak pernah berhenti memberikan misteri kepada para saintis. Salah satu misteri terbesar yang saat ini dihadapi adalah tentang keberadaan materi gelap. Materi gelap bukan hanya berarti materi tersebut tidak memancarkan cahaya sehingga tampak gelap. Materi gelap bahkan sampai saat ini tidak dapat kita deteksi keberadaannya, kecuali dari gaya gravitasi yang ditimbulkannya. Jadi jika pertanyaannya materi gelap itu apa, kita tinjau terlebih dahulu sudah sejauh apa manusia mengetahui seluk beluk materi gelap.

 

Mengapa astronom menyimpulkan bahwa alam semesta ini harus berisi materi gelap?
Mari kita simak dahulu sedikit penjelasan tentang gerak benda-benda langit. Seperti kita ketahui, Bulan—satelit Bumi—bergerak mengelilingi Bumi setiap satu bulan sekali, Bumi bergerak mengelilingi Matahari setiap satu tahun sekali, Matahari bergerak mengelilingi pusat Galaksi Bima Sakti, Galaksi Bima Sakti bergerak mengelilingi pusat Gugus Lokal, dan seterusnya. Tidak ada yang benar-benar diam di alam semesta ini, dan hampir semua gerak benda langit diatur oleh satu buah gaya yang biasa kita sebut dengan gravitasi.

Gaya gravitasi antara Bumi dan Matahari menentukan seberapa cepat Bumi harus bergerak agar tetap berada pada lintasannya. Jika Bumi bergerak terlalu cepat, Bumi akan terlempar karena gaya gravitasi tidak kuat menahannya. Jika Bumi bergerak terlalu lambat, Bumi akan jatuh ke Matahari. Untungnya, kita bisa melakukan generalisasi karena hal yang sama berlaku untuk benda langit lainnya. Oke jadi idenya adalah, kecepatan gerak yang diperbolehkan bagi benda langit, ditentukan oleh besarnya gaya gravitasi yang dia alami.

Sekarang mari kita telusur hal-hal yang mempengaruhi besarnya gaya gravitasi yang terjadi antara dua benda. Sekitar tiga ratus tahun yang lalu, Pak Newton telah bercerita bahwa besarnya gaya gravitasi ditentukan oleh dua hal yaitu jarak antara dua benda, dan massa kedua benda yang kita tinjau. Misalnya untuk Bumi dan Matahari, jarak antara Bumi dan Matahari akan mempengaruhi besarnya gaya gravitasi antara Bumi dan Matahari. Semakin jauh jarak antara Bumi dan Matahari, semakin kecil gaya gravitasi yang terjadi antara Bumi dan Matahari.

Massa Matahari dan massa Bumi juga mempengaruhi besarnya gaya gravitasi antara Bumi dan Matahari. Semakin besar massa Bumi atau massa Matahari, semakin besar gaya gravitasi yang terjadi antara keduanya. Karena besaran-besaran tersebut—massa, jarak, dan besarnya gaya gravitasi—saling berhubungan, jika kita mengetahui dua dari ketiga hal tersebut maka kita bisa mengetahui satu hal sisanya. Misalnya, jika kita tahu besarnya gaya gravitasi antara dua benda dan jarak antara mereka, kita bisa mengetahui massa kedua benda tersebut.

Sekian cerita mengenai gerak benda langitnya, mari kembali ke pembahasan mengenai jalan yang mengantarkan astronom pada kesimpulan tentang adanya materi gelap.

 

Gambar 1. Gugus Galaksi Coma. Setiap noktah cahaya yang tidak berujung runcing pada foto ini adalah sebuah galaksi.
Sumber: https://apod.nasa.gov/apod/image/1803/ComaCluster_Carroll_1024.jpg Kredit: Russ Carroll, Robert Gendler, & Bob Franke; Dan Zowada Memorial Observatory

 

Materi gelap sebenarnya bukanlah hal yang baru dalam astronomi. Kiprahnya sebagai misteri sudah dimulai sejak tahun 1933 ketika seorang astronom berkebangsaan Swiss bernama Fritz Zwicky mengamati kecepatan gerak galaksi-galaksi di Gugus Coma. Setelah melakukan perhitungan, Zwicky mendapati bahwa ternyata galaksi-galaksi di sana bergerak jauh lebih cepat dari pada yang diizinkan oleh gaya gravitasi yang dihasilkan oleh materi yang terlihat. Namun anehnya, galaksi-galaksi di gugus tersebut tidak terlempar keluar dari gugus melainkan tetap berada pada lintasannya. Hal ini memunculkan ide mengenai adanya materi tambahan tak terlihat yang mengakomodasi kekurangan tersebut.

Sayangnya, ketika “materi tambahan” itu dicoba dideteksi menggunakan metode lain, hasilnya nihil. Materi tambahan tersebut tidak memantulkan maupun menyerap kalor atau cahaya, tidak bertumbukan dengan materi yang biasa (materi yang terlihat), juga tidak terpengaruh oleh medan magnet. Dengan demikian, satu-satunya petunjuk tentang materi tambahan tersebut adalah dari gravitasi yang mereka ciptakan. Betapa sedikitnya hal yang kita ketahui tentang materi ini sehingga astronom menyebutnya sebagai materi gelap (dark matter).

Penelitian tidak berhenti sampai di sana. Seperti yang dijelaskan dalam (Zackrison, 2005), pada tahun 1936 Sinclair Smith melakukan perhitungan yang sama untuk Gugus Virgo dan mendapatkan kesimpulan yang sama: perlu ada materi gelap untuk mengakomodasi kekurangan jumlah materi yang teramati. Horace W. Babcock, pada tahun 1939, mengukur kecepatan rotasi Galaksi Andromeda dan (lagi-lagi) mendapati bahwa gerakan benda di sana terlalu cepat untuk jumlah materi yang terlihat. Kemudian pada tahun 1959, Kahn dan Woltjer mengukur massa yang terkandung dalam Gugus Lokal—dengan memanfaatkan informasi kecepatan gerak Galaksi Andromeda dan Galaksi Bima Sakti—juga mendapatkan hasil tentang perlunya keberadaan materi gelap.

 

The Galaxy Next Door

Gambar 2. Foto Galaksi Andromeda yang diambil pada cahaya ultraviolet.
Sumber: https://www.nasa.gov/mission_pages/galex/pia15416.html Kredit: NASA/JPL-Caltech

 

Kontroversi mengenai keberadaan materi gelap bukan tidak pernah terjadi. Sebagian ilmuwan ada yang menyangsikan perlunya keberadaan materi gelap karena sedikitnya properti yang diketahui mengenai materi tersebut. Salah satu alternatif penjelasan yang mereka usulkan adalah tentang modifikasi pada hukum gravitasi Newton yang selama ini dianut. Hasil modifikasi Hukum Gravitasi Newton ini terkenal dengan istilah Modified Newtonian Gravity (MoND) dan sempat menjadi teori yang bersaing dengan teori keberadaan materi gelap. Hingga pada suatu titik, teori MoND tidak cocok dengan teori alam semesta sementara materi gelap justru diperlukan juga untuk menjelaskan beberapa hal dalam teori alam semesta. Hal inimembuat teori tentang keberadaan materi gelap lebih diterima dari pada MoND.

Belakangan ini, diketahui bahwa keberadaan materi gelap semakin diperlukan di banyak hal di alam semesta. Misalnya saja, galaksi dan gugus galaksi akan membutuhkan waktu yang terlalu lama untuk terbentuk jika materi gelap tidak ada, piringan galaksi spiral akan mudah terurai jika tidak ada materi gelap di galaksi, juga untuk menjelaskan fenomena pelensaan gravitasi yang efeknya terlalu besar jika materi gelap tidak ada (Ryden, 2002).

 

Apakah masih ada hal yang mencengangkan tentang materi gelap?
Tentu! Kita belum sampai pada hal yang paling istimewa—dan sulit dipercaya. Berbagai perhitungan mengharuskan materi gelap memiliki jumlah yang lebih besar dari pada materi yang biasa kita kenali. Jumlah maksimal materi biasa yang diizinkan oleh alam semesta kita hanyalah 4% dari total isi alam semesta dan 27% yang lain adalah materi gelap (sisanya berupa energi).

Sejauh ini setidaknya kita mengatahui dua hal yang pasti tentang materi gelap yaitu: materi gelap tidak berinteraksi kecuali melalui gravitasi, dan jumlah materi gelap sangat banyak. Riset-riset untuk menguak materi gelap tentu saja masih dilakukan hingga saat ini. Ada yang berusaha mendeteksinya, ada yang berusaha menghitung kerapatannya, ada yang berusaha mencari tahu partikel yang memungkinkan sebagai kandidat materi gelap, dan masih banyak lagi. Jadi, masih menumpuk pekerjaan bagi para saintis. Alam semesta selalu menunggu untuk dijamah!

Referensi
Ryden, Barbara. Introduction to Cosmology. Cambridge University Press. 2002.
Zackrisson, Erik. Introduction to Dark Matter. Uppsala University. 2005.

2 Replies to “Materi Gelap Mendominasi Isi Alam Semesta, Kita Hanya Sekerat Debu”

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *