Berbagi pengetahuan, dari mana saja, dari siapa saja, untuk semua

Materi Gelap (“Dark Matter”): Si Penarik Misterius

“Aku ada karena kamu ada.” Mungkin begitulah kalimat puitis nan gombal yang sering diucapkan seseorang yang sedang jatuh cinta pada pasangannya. Namun, tahukah kamu bahwa kalimat puitis ini bisa saja kita katakan pada salah satu materi yang sangat misterius? Materi ini kita belum tahu sifatnya, tetapi kita tahu bahwa dia ada di sekitar kita.

Pernahkah kamu merasa ditarik oleh sesuatu yang tidak kelihatan? Kok serem, ya? Tapi itulah yang dirasakan oleh bintang-bintang yang mengitari berbagai galaksi yang teramati oleh Vera Rubin pada tahun 1970-an. Saat itu Vera Rubin menemukan bahwa bintang-bintang tersebut bergerak lebih cepat dari yang diramalkan menggunakan teorema gravitasi Newton. Bahkan, kita tahu bahwa kita dan seluruh isi galaksi Bima Sakti pun bergerak lebih cepat dari yang diramalkan oleh teorema gravitasi Newton.

Kita saat ini berputar mengelilingi pusat galaksi Bima Sakti dengan kecepatan sekitar 200 km/s. Padahal dari perhitungan bintang dan gas, kita harusnya berputar dengan kecepatan 100 km/s saja. Hal ini terjadi untuk semua bintang yang berada di galaksi kita. Untuk bintang-bintang yang berada di ujung galaksi, kecepatan berputarnya bahkan hingga sampai 10 kali dari prediksi!

Lalu, siapakah yang menarik kita sehingga kita bergerak lebih cepat? Tak banyak yang kita ketahui tentang benda yang bisa menarik kita ini. Karena sedikit yang kita ketahui ini, penarik ini kita sebut dengan materi gelap (dark matter). Yang kita tahu, jumlah dari materi gelap ini cukup besar. Jika jumlahnya tidak besar, kita tidak akan merasakan efek tarikannya.

Materi gelap di alam semesta jumlahnya lima kali dari jumlah total atom yang mengisi alam. Lebih ajaibnya lagi, setiap detik ada 100 juta partikel materi gelap menembus tubuh kita dengan kecepatan 100 km/s. Namun, kita tidak merasakan efek materi gelap ini sama sekali. Hal ini terjadi karena materi gelap hampir-hampir tidak berinteraksi dengan bintang, planet atau tubuh kita, kecuali melalui interaksi gravitasi. Materi gelap bahkan berinteraksi sangat lemah dengan dirinya sendiri.

Dalam tinjauan ilmu fisika, kita bisa ada karena sifat interaksi materi gelap yang lemah. Galaksi kita berasal dari awan debu yang ukurannya sangat besar. Untuk membentuk galaksi, awan debu ini harus berkumpul satu sama lain. Gaya yang menggerakkan bagi awan debu untuk berkumpul adalah gaya gravitasi. Namun, ketika awan debu ini berkumpul, awan debu ini menjadi semakin panas dan, seperti gas ideal, terdapat tekanan yang mendorong awan debu keluar. Akibatnya, awan debu tidak dapat berkumpul lebih rapat lagi sehingga galaksi yang kita lihat sekarang ini tidak akan pernah terjadi. Keberadaan materi gelap menyelamatkan pembentukan galaksi.

Materi gelap yang tidak berinteraksi akan terus berkumpul akibat tarikan gaya gravitasi antar materi gelap. Akhirnya, terdapat daerah yang memiliki kerapatan materi gelap jauh lebih besar dari kerapatan materi lainnya. Pada daerah ini materi gelap akan memiliki kekuatan gravitasi untuk menarik awan debu yang sudah enggan berkumpul. Awan debu akhirnya dapat berkumpul karena tarikan gravitasi materi gelap dan menjadi galaksi, tata surya, planet, dan kita! Jika tidak ada materi gelap, awan debu tadi tidak dapat berkumpul dan kita takkan pernah ada!

Saat ini, fisikawan sedang berusaha meneliti lebih dalam mengenai materi gelap ini. Selain jumlahnya yang sangat banyak dan tarikan gravitasinya yang kuat, hampir tidak ada lagi yang kita ketahui tentang materi gelap ini. Salah satu cara menelitinya adalah dengan memanfaatkan ramalan bahwa ada ratusan juta materi gelap melintasi kita setiap detiknya. Walaupun materi gelap sangat sedikit berinteraksi, jika kita memiliki detektor yang sangat sensitif, kita mungkin dapat melihat interaksinya.

Salah satu eksperimen yang mencoba mencari materi gelap adalah eksperimen COSINE. Eksperimen ini memiliki 100 kg kristal NaI yang sangat sensitif. Dalam eksperimennya, COSINE mengharapkan setiap harinya terdapat sekitar 50 tumbukan antara materi gelap dengan kristal. Namun, banyak sekali kejadian pada kristal yang terlihat mirip seperti tumbukan materi gelap. Karenanya, tugas dari fisikawan yang bergabung dengan eksperimen COSINE adalah untuk membedakan dua kejadian itu. Jika mereka berhasil membedakannya, sifat dari materi gelap akan dapat terpecahkan.

Eksperimen COSINE

Saat ini adalah era pencarian materi gelap. Selain COSINE, ada puluhan eksperimen lain yang sedang berusaha mencari materi gelap dengan caranya yang unik. Eksperimen apakah yang dapat menguak jawaban dari pertanyaan tentang sifat materi gelap? Hanya alam yang dapat menjawabnya.

Bahan bacaan:

Penulis:
Reinard Primulando, peneliti fisika partikel dan dosen di Unpar Bandung.
Kontak: reinard.primulando(at)gmail(dot)com.

Mari sebarkan!
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •