Apakah 'bintang gelap' turut membentuk semesta?

bintang gelap Hak atas foto Science Photo Library
Image caption Pencarian materi gelap yang diprediksi berperan dalam penciptaan semesta

Semesta yang begitu luas ini mungkin dibentuk dengan bantuan partikel materi gelap yang belum dapat diobservasi. Proses pencarian dimulai untuk membuktikan bahwa materi dan 'bintang gelap' yang diciptakannya, nyata.

Pikirkan semua yang kita ketahui hadir di semesta - tungku kosmik besar seperti Matahari. Raksasa gas yang mengerdilkan planet kita. Rangkaian asteroid yang bergegas ke kosongnya ruang angkasa. Dan bintang-bintang yang begitu jauh, matahari yang panas yang berada ribuan tahun cahaya dari matahari kita.

Ini semua hanya terdiri kurang dari 5% dari massa semesta. Dan sisanya? Sebagian besar masih berupa misteri.

Ada satu elemen yang mungkin dapat membentuk sekitar 25% dari semesta. Kita tidak dapat melihat atau merasakannya. Materi itu tidak dapat berinteraksi dengan cahaya. Bahkan tidak menjadi bagian pembentuk dasar, elektron dan proton di dalam atom yang ditemukan di semua materi.

Inilah "materi gelap", dan para peneliti berusaha memahami apa materi itu selama beberapa dekade.

Astrofisikawan teoritis Katherine Freese adalah salah seorang yang mencari bahan pembentuk misterius ini. Tiga puluh tahun lalu, teori-teorinya mengenai perekat tak terlihat yang membantu membentuk semesta menjadi alasan dibangunnya akselerator partikel bawah tanah di sekeliling Bumi, seperti mesin di Cern, Eropa.

Dan apa partikel yang mereka cari? Disebut dengan Wimps, dan menurut Freese, bintang-bintang dibentuk dari bahan yang masih diangan-angankan ini dan bahkan dapat membantu menciptakan kosmos, miliaran tahun lalu.

Wimps, atau Partikel Besar dengan Interaksi Lemah (Weakly Interacting Massive Particles), adalah partikel besar yang tidak berinteraksi dengan kekuatan elektromagnetik. Ini membuat mereka "gelap" - mereka tidak bisa diobservasi menggunakan sensor elektromagnetis yang telah digunakan manusia untuk menyelidiki semesta selama abad terakhir.

Namun berkat teori supersimetri - yang menyatakan bahwa setiap partikel yang diketahui akan memiliki "anti-materi" yang seimbang - ada kekosongan di atlas partikel saat ini, dan Wimps seakan mengisi lobang tersebut dengan mengagumkan. Mereka ada dimana saja namun tidak meninggalkan jejak karena mereka enggan berinteraksi dengan partikel konvensional yang mengelilingi mereka.

Hak atas foto Science Photo Library
Image caption Partikel-partikel yang diciptakan dari materi gelap yang hancur mungkin dapat membentuk semesta

"Jika kita mengambil semua objek di kehidupan sehari-hari- tubuh anda, kursi yang anda duduki, udara yang anda hirup, dinding di sekitar kita, tambahkan planet-planet, tambahkan bintang-bintang - kesemuanya itu, dibuat dari atom, yang kita mengerti, namun semua materi atom tersebut hanya membentuk sekitar 5% dari semesta - 5%! Jadi 95% lainnya haruslah kita cari tahu. Dan disitulah materi gelap dan energi gelap datang", kata Katherine Freese.

"Ketika anda melihat hal-hal ini - dan ada milyaran hal yang anda lihat setiap detik - anda tidak sadar karena kekuatan nuklir ini sangat lemah, sehingga tidak banyak yang terjadi."

Jadi bagaimana anda mempersiapkan untuk mencari sesuatu yang tidak anda harapkan?

"Sebuah analogi yang baik untuk materi gelap adalah angin. Kita tidak dapat melihat langsung angin, tidak terlihat, namun kita sangat yakin bahwa itu ada karena angin membuat dedaunan bergerak. Hal yang sama berlaku dengan materi gelap. Kita melihat bahwa itu menarik hal-hal… itu adalah materi, yang berarti merasakan gravitasi. Itu berkumpul dan menarik hal-hal. Itulah mengapa kita tahu itu ada, meski kita tidak tahu persis itu terbuat dari apa."

Maka jika Wimps benar ada- dan Freese percaya hal itu - seharusnya mereka pertama kali muncul setelah Big Bang.

Freese menyelidiki teori ini dengan astrofisikawan lain Paolo Gondolo dari Universitas Utah dan Doug Spolyar dari Universitas Stockholm di Swedia. Mereka pada dasarnya mencari 'bintang gelap' pertama yang dibentuk di awal pembentukan semesta.

Terlepas dari namanya, bintang gelap kuno bisa saja bersinar dengan sangat terang - dengan energi berasal dari materi gelap. Dan sebagian mungkin berada di tempat yang jauh sekali dari semesta, bersinar dengan hebatnya.

"Bintang-bintang gelap bisa saja bermula dari sesuatu yang besar sekali seperti Matahari, namun mereka dapat terus berkembang hingga sejuta kali massa matahari dan semiliar kali lebih terang."

Hak atas foto Science Photo Library
Image caption Matahari dari materi gelap mungkin dapat terbentuk sekitar 200 juta tahun setelah Big Bang

"Teleskop besar yang baru, James Webb- kelanjutan dari teleskop ruang angkasa Hubble yang terkenal - yang mungkin dapat menemukan bintang gelap. Jika itu terjadi, bukan saja kita bisa menemukan bintang yang benar-benar baru, yang tentu saja sangat membuat semangat, namun juga membuktikan bahwa energi semesta berasal dari Wimps. Sehingga masalah itu juga dipecahkan."

Ini dapat menandakan akhir dari salah satu pencarian yang paling menantang di ilmu pengetahuan modern. Para peniliti telah berusaha memecahkan masalah materi gelap sejak tahun 1930-an, namun ada pertanda kemungkinan mereka muncul sebelum itu.

"Saat orang-orang mempelajari Matahari dan planet-planet yang mengitari Matahari, mereka menyadari planet-planet yang dekat dengan Matahari bergerak sangat cepat, namun semakin jauh, pergerakan akan semakin lambat," kata Freese.

"Sehingga mereka berpikir, 'OK, itu hukum Newton, kami mengerti itu, hukum alam, mari lihat struktur yang lebih besar, mari lihat galaksi atau kumpulan galaksi.'

"Namun bukan itu yang mereka dapatkan: apa yang mereka temukan adalah meski semakin jauh dari pusat galaksi, benda-benda masih bergerak dengan kecepatan yang sama. Dengan kata lain, mereka mengitari pusat galaksi, dan… yah, itu sangat aneh."

Hak atas foto Science Photo Library
Image caption Teleskop ruang angkasa James Webb mungkin dapat menemukan bintang gelap

Freese yakin bahwa bintang-bintang dan planet-planet yang kita lihat di langit malam adalah kulminasi dari untaian panjang reaksi yang dimulai dari partikel-partikel yang berinteraksi dengan lemah ini.

Dan dia berkata bahwa tanpa partikel materi gelap, semesta yang kita ketahui saat ini tidak akan dapat terbentuk. "Struktur tempat kita tinggal, galaksi dan kumpulan galaksi, mereka tidak akan dapat terbentuk tanpa materi gelap yang bertubrukan dan membuat kosmos yang kita tinggali saat ini."

"Jadi awalnya materi gelap berkumpul bersama dan kemudian atom-atom biasa, neutron dan proton dan seterusnya, mereka masuk dalam protogalaksi materi gelap yang berujung ke galaksi saat ini, dan di dalam galaksi itu ada bintang-bintang dan planet-planet dan bumi yang kita tinggali. Namun kita membutuhkan materi gelap untuk memulai formasi struktur tersebut."

"Tanpa materi gelap, hal itu akan terjadi suatu waktu, namun belum akan terjadi saat ini."

Versi bahasa Inggris tulisan ini bisa Anda baca diDid 'dark stars' help form the Universe? di BBC Future

Topik terkait

Berita terkait