Apakah materi gelap itu?

kepala materi gelap

Fisika itu unik dalam dunia ilmiah, karena ketergantungannya pada matematika berarti ia dapat mencapai konsensus yang luas tentang berbagai hal dengan sedikit bukti yang tersedia. Dalam ilmu kebumian, segunung bukti nyata tidak dapat sepenuhnya mengubur masalah pemanasan global, dan bahkan dengan sebagian besar ilmuwan sekarang yakin, minoritas vokal masih berbeda pendapat. Namun dalam kasus fisika dan materi gelap, suatu substansi yang didefinisikan hampir kebal terhadap pengamatan, tidak ada penyangkal materi gelap yang berarti yang tersisa. Jadi, apa itu materi gelap, dan bagaimana fisika sampai pada kesepakatan yang begitu kuat tentang gagasan bahwa ia merupakan sebagian besar materi di alam semesta?

Materi, jenis reguler yang menyusun atmosfer, Matahari, Pluto, dan Donald Trump, berinteraksi dengan alam semesta dalam beberapa cara. Ia menyerap, dan dalam banyak kasus memancarkan, radiasi elektromagnetik dalam bentuk sinar gamma, cahaya tampak, infra merah, dan banyak lagi. Ia dapat menghasilkan medan magnet dari berbagai jenis dan kekuatan. Dan materi memiliki massa, menciptakan gaya gravitasi, yang efeknya dapat langsung diamati. Semua hal ini membuat materi nyaman untuk dipelajari, khususnya interaksinya dengan cahaya. Bahkan lubang hitam, yang tidak memancarkan cahaya, blok cahaya dengan menghisapnya - tetapi bagaimana jika cahaya yang datang dari belakang lubang hitam masuk begitu saja, dan masuk ke lensa teleskop kita? Bagaimana kitapernah telah membuktikan keberadaan lubang hitam, dalam hal itu?

Pada tahun 2009, Pencarian Materi Gelap Kriogenik menerbitkan bukti pengamatan langsung materi gelap, tetapi hasilnya tidak pasti.

Pencarian Materi Gelap Kriogenik.



Itulah situasi yang dihadapi fisikawan dengan materi gelap. Materi gelap tampaknya tidak berinteraksi dengan medan elektromagnetik universal sedikit pun - yaitu, tidak menyerap atau memancarkan cahaya apa pun. Faktanya, materi gelap tampaknya hanya berinteraksi dengan alam semesta seperti yang dapat kita amati melalui satu gaya fisik: gravitasi. Jadi, dalam kasus lubang hitam tak terlihat kita, kita mungkin bisa menyadarinya dengan melihat bagaimana cahaya datang kepada kita dari bagian tertentu langit. adalahrelatif terhadap ekspektasi kita, sedikit melenceng dengan melintas di dekat sebuah objek yang menekuk permukaan ruangwaktu yang dilewatinya. Menambah pengamatan pembengkokan cahaya yang cukup, para ilmuwan mungkin bisa mengetahui posisi dan bahkan massa singularitas tak terlihat.

Namun, materi gelap lebih sulit untuk dipelajari daripada bahwa, karena tidak datang dengan mudah digumpalkan menjadi bola super padat seperti bintang dan lubang hitam - itu akan terlalu mudah. Alih-alih, teori utama materi gelap mengatakan bahwa ia terbuat dari partikel hipotetis yang disebut Partikel Masif Berinteraksi Lemah (WIMPs), yang dipahami dengan baik seperti namanya. WIMP bahkan tampaknya tidak berinteraksi dengansatu sama lainmelalui sesuatu yang lebih dari sekedar gravitasi, yang berarti materi gelap tidak berfusi untuk membentuk molekul yang lebih besar atau lebih kompleks, dan tetap dalam keadaan seperti gas yang sederhana dan sangat menyebar.

Jadi, dampak gravitasi materi gelap sangat menyebar dan, ternyata, hanya dapat diamati ketika kita melihat distribusi skala besar materi terlihat di alam semesta - hal-hal seperti gugus-super galaksi, dan super-void yang sesuai. Diteorikan bahwa setelah Bing Bang, sifat materi gelap akan membuatnya mengendap jauh lebih cepat daripada materi biasa, berpindah dari awan gas yang sama sekali seragam ke jaringan gumpalan awan yang lebih kecil dan sulur-sulur penghubung. Sulur ini bisa meregang di seluruhalam semesta; distribusi materi gelap segera setelah Big Bang diperkirakan mengarah ke tempat materi biasa terkumpul, dan dengan demikian di mana dan bagaimana galaksi terbentuk.

Simulasi distribusi materi gelap, dibuat dan ditampilkan oleh superkomputer.

Simulasi distribusi materi gelap, dibuat dan ditampilkan oleh superkomputer.

Jadi, tidak hanya tidak terlihat, tetapi efek dari potensi gravitasi materi gelap begitu luas secara fisik sehingga sulit diukur. Cahaya dari satu bintang tidak akan dapat dibelokkan secara terukur oleh materi gelap yang mencapai kita, seperti saat melewati lubang hitam tak terlihat kita; bahwa cahaya mungkin saja berasal, berjalan melalui, dan tiba semua dalam jangkauan satu benang super universal dari materi gelap tak terlihat. Jadi: bagaimana fisikawan menemukan ide materi gelap pada awalnya?

Jawabannya adalah bahwa gravitasi mempengaruhi segala sesuatu, pada semua skala, menurut rumus dasar yang sama. Jadi, para ilmuwan mulai memperhatikan bahwa saat mereka mengamati alam semesta dengan skala yang lebih besar dan lebih besar, rumus gravitasi ini memberikan prediksi yang semakin salah. Pada awal tahun 1930-an, Fitz Zwicky menemukan bahwa galaksi di gugus Coma bergerak seolah-olah mereka terkena gaya gravitasi yang jauh lebih besar daripada yang dapat dijelaskan melalui penghitungan sederhana materi normal yang dapat kita lihat. Beberapa dekade kemudian, Vera Rubin mencatat bahwa bintang-bintang di galaksi spiral berputar mengitari pusat galaksi jauh lebih cepat daripada yang seharusnya, yang mengarah ke penelitian selanjutnya yang menunjukkan bahwa galaksi spiral harus terdiri dari sekitar enam kali massa gelap lebih banyak daripada jenis biasa.

Peta radiasi Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik universal.

Peta radiasi Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik universal.

Tetapi bukti yang benar-benar meyakinkan tidak muncul sampai munculnya teknik seperti lensa gravitasi lemah, dan kemampuan membaca radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB). Lensa gravitasi memungkinkan super, super, super versi skala besar dari menonton cahaya membelok di sekitar lubang hitam tak terlihat kami. Ia mengatasi masalah skala dengan… skala lebih besar, mengamati bagaimana cahaya yang terkumpul dari milyaran bintang berkelompok membelok saat bergerak melintasi sebagian besar diameter alam semesta yang diketahui. Dan sejumlah peta CMB yang semakin akurat yang dibuat antara tahun 1960-an dan tahun 2000-an mengonfirmasi perbedaan serupa dalam pergerakan massa di awal sejarah alam semesta.

Pengamatan langsung terhadap WIMP telah dicoba, tetapi tidak pernah dikonfirmasi. Pada tahun 2009, Pencarian Materi Gelap Kriogenik menerbitkan bukti pengamatan langsung materi gelap, tetapi hasilnya tidak pasti. Semua bukti yang ada saat ini mengatakan bahwa sesuatu yang sangat mirip dengan konsepsi modern tentang materi gelap harus ada.

Perhitungan tentang seberapa banyak dari sesuatu yang diperlukan untuk menciptakan perbedaan yang diamati telah menghasilkan beberapa… angka yang mengesankan. Menurut perkiraan modern, alam semesta hanya terdiri dari sekitar 5% materi dan energi biasa, dan sekitar 27% materi gelap, atau lebih dari lima kali lipatnya. 68% sisanya dari alam semesta dianggap gelap energi - topik untuk hari lain. Intinya adalah bahwa alam semesta kita tidak hanya disesuaikan oleh dampak materi gelap, tapi jugaditentukan oleh dampak itu. Bimasakti adalah apa dan di mana Bimasakti itu berada, karena pengaruh gravitasi awal materi gelap.

ATLAS jelas merupakan eksperimen LHC yang paling mengesankan secara visual.

LHC yang ditingkatkan adalah cara terbaik kami untuk memahami materi gelap.

Tentu saja, hal-hal menjadi sedikit lebih rumit dari yang dijelaskan di atas. Beberapa bulan yang lalu, satu tim mengumumkan itumateri gelap mungkin telah diamati berinteraksi dengan dirinya sendiri dalam beberapa cara selama peristiwa tabrakan multi-galaksi yang sangat besar. Ini bisa menyiratkan jenis fisika gelap yang jauh lebih kaya, bahkan mungkin sejauh untuk menciptakan semacam kimia gelap! Beberapa fisikawan menggunakan frasa 'dunia gelap', atau bahkan 'sektor gelap', untuk menggambarkan alam semesta alien berskala super besar yang tampaknya ada hampir paralel dengan kita.

Kandidat yang paling mungkin untuk menghasilkan wawasan lebih jauh tentang materi gelap adalah Large Hadron Collider, yangbaru-baru ini dibuka kembali setelah peningkatan daya yang signifikan. Dengan energi eksperimental yang sekarang melebihi 13 tera-electron volt (TeV), LHC yang baru dan lebih baik mungkin hanya dapat menghancurkan partikel bersama-sama dengan cukup kuat untuk memberikan wawasan nyata tentang WIMP, atau bahkan mungkin menyangkal keberadaan mereka. Menemukan materi gelap adalah salah satu motivasi utama untuk peningkatan; ini adalah bidang studi fisika yang penting, karena para astronom terus menghasilkan bukti bahwa dunia kita hanyalah sebagian kecil dari ciptaan.

Lihat seri 2007es.com Explains kami untuk liputan yang lebih mendalam.

Copyright © Seluruh Hak Cipta | 2007es.com