Diposting Sabtu, 28 Agustus 2010 jam 8:17 pm oleh The X

Materi Gelap dan Terang

Suka dengan artikel ini?

Jelajahi artikel-artikel FaktaIlmiah yang berdasarkan apa yang dibaca dan ditonton teman-teman.
Terbitkan aktivitas Anda sendiri dan dapatkan kendali penuh.
Login

Sabtu, 28 Agustus 2010 -


Materi apa yang dihasilkan saat Big Bang? Anehnya, sebagian besar tidak terlihat oleh kita. Tumpukan bahan yang terbentuk dalam sesaat setelah Big Bang dikenal sebagai materi gelap karena, hingga batas-batas data yang kita miliki sekarang, materi ini tidak memancarkan cahaya apapun dalam panjang gelombang yang ada. Keberadaannya disimpulkan dari efek yang ia berikan pada materi sekitarnya yang terlihat. Sebagai contoh, galaksi berputar jauh lebih cepat di daerah luarnya daripada yang diprediksi berdasarkan jumlah massa yang diperhitungkan dari galaksi yang tampak. Ini menunjukkan kalau materi gelap yang mengelilingi galaksi dalam persebaran yang lebih luas dan lebih bulat daripada materi tampak.

Argumen yang sama juga berlaku pada kluster galaksi. Dengan menambahkan massa tiap galaksi anggotanya dan juga gas antar kluster, kita mendapatkan hasil yang jauh lebih rendah dari pada seharusnya untuk mengikat kluster ini bersama. Kluster-kluster ini berikatan karena saat yang diperlukan gas untuk lepas dan galaksi untuk lari cukup kecil bila mereka tidak. Lebih jauh, studi pembelokan cahaya dari sumber latar belakang, yang disebut pelensaan gravitasi, membenarkan keberadaan materi gelap dalam kluster dan dimana saja.

Gambar 1. Peta suhu radiasi Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik (CMB) yang diukur oleh satelit Penjelajah Anisotropi Gelombang Mikro Wilkinson (WMAP) yang diluncurkan tahun 2001. Proyeksi Hammer-Aitoff ini menunjukkan seluruh langit dalam proyeksi ellips. CMB adalah sisa-sisa radiasi benda hitam dari waktu 380 ribu tahun setelah Big Bang saat suhu alam semesta mendingin hingga 3000 Kelvin, cukup bagi elektron dan proton untuk menyatu membentuk atom hidrogen netral. Pada saat ini, sesuai dengan geseran merah z = 1000, alam semesta dari yang awalnya tak tembus pandang menjadi transparan. Suhu rata-rata yang teramati dari CMB, seperti yang telah kita ukur sekarang, adalah 2,725 Kelvin, namun gejolak kecil suhu ditunjukkan dalam citra ini dalam orde +200 mikroKelvin (terang) hingga -200 mikro Kelvin (gelap). Gejolak suhu disebabkan oleh gelombang suara atau akustik. Skala sudut dimana gangguan dapat dilihat memberikan informasi mengenai apa yang membatasi parameter kosmologi Alam semesta kita.

Banyak pencarian sensitif dilakukan untuk mendeteksi materi gelap dengan anggapan kalau setidaknya sebagian materi ini merupakan barionik. Materi barionik adalah materi yang mengandung barion, yaitu proton atau neutron. Ini termasuklah semua unsur dengan elektron mereka masing-masing dan juga semua benda yang pernah menjadi barionik di masa lalu. Sebagai contoh, jika ada persebaran bulat besar materi gelap di sekitar galaksi, maka persebaran demikian harusnya ada di sekitar galaksi kita sendiri, Bima Sakti. Banyak usaha pengamatan dilakukan secara luas untuk mengukur pelensaan gravitasi dari objek barionik di halo Bima Sakti, baik bila mereka memang gelap atau hanya terlalu kabur untuk diamati langsung. Kandidat paling mungkin adalah benda yang tidak memiliki massa yang cukup untuk menjadi bintang (seperti Yupiter) atau sisa-sisa evolusi bintang seperti katai putih, bintang neutron atau lubang hitam. Hal ini telah dikelompokkan dalam satu nama yaitu benda halo kompak massif (Massive Compact Halo Objects – MACHO). Hasil usaha demikian adalah bahwa massa semua MACHO jauh lebih sedikit untuk menjadi materi gelap.
Kegagalan pengamatan untuk mendeteksi materi gelap barionik langsung ataupun tidak langsung dan juga kendala kosmologis lainnya membawa pada pandangan kalau sebagian besar materi gelap adalah materi yang tidak biasa. Karena partikel gelap terlalu aneh, ia mestinya tidak memancarkan atau berinteraksi dengan mudah pada materi lain, kecuali lewat gravitasi. Hal ini menyingkirkan sebagian besar partikel non barionik yang diketahui. Selain itu, karena materi gelap memang memiliki gravitasi dan ada sejak waktu galaksi dan bintang terbentuk, ia mestinya berperan dalam menentukan skala dimana struktur-struktur terbangun di alam semesta. Partikel non barionik seperti neutrino, karenanya, tidak dapat menjadi sebagian besar penyusun materi gelap karena mereka bergerak dengan laju relativistik dan kluster galaksi yang terbentuk di alam semesta yang di dominasi oleh partikel demikian akan terlalu besar dibandingkan apa yang kita amati sekarang. Kriteria ini menyarankan kalau materi gelap harusnya terdiri dari partikel yang belum pernah teramati di laboratorium atau akselerator di bumi; partikel demikian kemudian disebut sebagai partikel masif berinteraksi lemah (Weakly Interacting Massive Particles – WIMP). Beberapa diramalkan oleh teori yang kokoh, yang lainnya lebih ad hoc. Namun karena teleskop klasik tidak mampu mendeteksi radiasi materi gelap, teleskop baru sekarang menjadi detektor partikel pencari WIMP di laboratorium bawah tanah.

Gambar 2. Sketsa galaksi Bima Sakti dari atas dan samping. Bima Sakti adalah galaksi spiral berpalang dan Matahari berada 8 kiloparsek dari inti dalam cakramnya. Cakram ini tipis dibandingkan diameternya, hanya sekitar 300 parsek tebalnya. Ini merupakan daerah aktif yang memuat bintang, gas dan debu serta pembentukan bintang terjadi di sini. Persebaran bintang menjadi lebih bulat, yang disebut tonjolan, semakin dekat ke pusat. Mengelilingi cakram terdapat halo bintang yang lebih tua dan kluster globular. Kluster globular sendiri rata-rata memuat 100 ribu bintang masing-masing. Persebaran materi gelap yang lebih besar lagi diyakini menyelubungi materi tampak ini.

Pencarian materi gelap juga tidak kurang daripada pencarian sebagian besar massa di Alam Semesta. Kecuali ada yang kesalahan besar dalam pemahaman kita mengenai gravitasi dan model kosmologi modern, diperkirakan kalau 85 persen materi di alam semesta adalah materi gelap dan tidak diketahui sifatnya. Hanya 15 persen, sebuah nilai yang disetel oleh pengetahuan kita tentang nukleosintesis Big Bang, diyakini adalah barionik dan dapat dilihat lewat radiasi. (Perhatikan kalau kepadatan energi dalam pecahan materi yang dikutip disini). dari 15 persen ini, hanya separuhnya yang telah diamati langsung, walaupun terdapat bukti kalau sisanya berada dalam gas panas antar galaksi yang sulit diamati di masa lalu. Karenanya, materi yang hilang ada dalam beberapa tingkatan, dari beberapa materi barionik yang hilang, hingga materi non barionik yang hilang, yang diduga WIMP.

Gambar 3. Perkiraan komponen kepadatan energi Alam Semesta dari beraneka sumber. Kepadatan energi adalah semua bentuk energi. Energi gelap adalah komponen yang belum diketahui tapi menyebabkan percepatan alam semesta. Materi memuat semua bentuk materi, baik gelap maupun terang, dan juga semua radiasi. Radiasi ini sendiri sangat sedikit pecahannya di masa kini. Nilai energi gelap dan materi diketahui dalam beberapa jangkauan. Ketidakpastian pada pecahan materi barionik yang telah dideteksi lebih besar.

Apa yang lebih mengesankan lagi adalah penemuan terbaru menunjukkan kalau alam semesta didominasi bukannya oleh massa, tapi oleh energi gelap yang misterius. Semua massa, baik gelap maupun terang, hanya menyusun 27 persen energi total alam semesta. Semua benda mengagumkan yang kita amati di alam semesta, dari letupan sinar gamma, hingga sejumlah besar gas pemancar sinar X di kluster-kluster galaksi, sampai pada jutaan galaksi yang kita saksikan di alam semesta dekat maupun jauh, awan debu pemancar radio yang dingin, dan semua radiasi – di totalkan hanya memuat 4 persen dari energi total ini. Ilham mengenai apa itu energi gelap dan materi gelap, pada akhirnya akan datang dan menjanjikan revolusi pada pemahaman kita mengenai alam semesta, dan mungkin fisika itu sendiri.

Referensi

  1. Bennett, C. L., et al., 2003, First Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Preliminary Maps and Basic Results. ApJS, 148, 1
  2. Irwin, J. 2007. Astrophysics: Decoding the Cosmos. Wiley
  3. Netterfield, C. B., et al., 2002, A Measurement by BOOMERANG of Multiple Peaks in the Angular Power Spectrum of the Cosmic Microwave Background. The Astrophysical Journal, 571:604-614,
  4. Nicastro, F., et al., 2005, The mass of the missing baryons in the X-ray forest of the warm–hot intergalactic medium. Nature, 433, 495
  5. Tonry, et al., 2003, Cosmological Results from High-z Supernovae. ApJ, 594, 1,

The X
Sains adalah sebuah pengetahuan universal, ilmu pengetahuan tidaklah sama dengan pengetahuan dongeng. Kadang, fakta lebih menyakitkan daripada doktrin / pandangan turun temurun.
Bergabung dengan 1000 orang lebih dengan kami melalui sosial media

Berlangganan artikel dan berita terbaru dari kami via email


Aktifitas

© 2010 FaktaIlmiah.com. Hak cipta asli oleh faktailmiah
Anda boleh mendistribusikannya dengan mencantumkan referensi dari situs kami.