Sebilangan besar Alam Semesta terdiri dari "jirim" yang tidak dapat dilihat, mungkin tidak material, dan berinteraksi dengan perkara lain hanya melalui kekuatan graviti. Oh ya, dan ahli fizik tidak tahu apakah perkara ini atau mengapa terdapat begitu banyak perkara di Alam Semesta - kira-kira empat-perlima jisimnya.
Para saintis memanggilnya perkara gelap.
Jadi di manakah perkara misterius ini yang membentuk sebilangan besar alam semesta kita, dan kapan saintis akan mengetahuinya?
Bagaimana kita tahu perkara ini wujud
Hipotesis jirim gelap pertama kali dikemukakan oleh ahli astronomi Switzerland Fritz Zwicky pada tahun 1930-an, ketika dia menyedari bahawa pengukuran massa kelompok galaksi menunjukkan sebilangan besar jisim di Alam Semesta "hilang". Apa pun yang menjadikan galaksi lebih berat, ia tidak memancarkan cahaya, dan juga tidak berinteraksi dengan perkara lain selain melalui graviti.
Ahli astronomi Vera Rubin, pada tahun 1970-an, mendapati bahawa putaran galaksi tidak mengikuti Hukum Gerak Newton; bintang di galaksi (khususnya Andromeda) seolah-olah berputar di sekitar pusat pada kelajuan yang sama, tetapi bintang yang lebih jauh dari bintang bergerak lebih perlahan. Seolah-olah ada yang menambah jisim ke bahagian luar galaksi yang tidak dapat dilihat oleh siapa pun.
Bukti selebihnya berasal dari lensa graviti, yang berlaku apabila graviti objek besar membengkokkan gelombang cahaya di sekitar objek. Menurut teori relativiti umum Albert Einstein, graviti membongkok ruang (seperti gusti sumo dapat merusak tikar yang dia berdiri) sehingga sinar cahaya membengkokkan objek besar, walaupun cahaya itu sendiri tidak berjisim. Pemerhatian menunjukkan bahawa tidak ada jisim yang dapat dilihat untuk membengkokkan cahaya, seperti yang dilakukan di sekitar kelompok galaksi individu - dengan kata lain, galaksi lebih besar dari yang seharusnya.
Video promosi:
Kemudian ada sinaran peninggalan (CMB), "gema" Big Bang dan supernova. "CMB memberitahu kita bahawa alam semesta ini secara spasial datar," kata Jason Kumar, profesor fizik di University of Hawaii. "Secara spasial rata" bermaksud bahawa jika anda menarik dua garis melalui alam semesta, mereka tidak akan bersilang, walaupun garis itu berjuta-juta tahun cahaya. Di alam semesta yang sangat melengkung, garis-garis ini akan bertemu pada suatu ketika di ruang angkasa.
Kini terdapat kontroversi kecil di kalangan ahli kosmologi dan ahli astronomi mengenai sama ada bahan gelap wujud. Ia tidak mempengaruhi cahaya, dan tidak dicas seperti elektron atau proton. Sehingga kini, ia tidak dapat dikesan secara langsung.
"Ini misteri," kata Kumar. Mungkin ada cara yang para saintis cuba "melihat" bahan gelap - baik melalui interaksinya dengan bahan biasa, atau melalui mencari zarah yang boleh menjadi bahan gelap.
Perkara gelap tidak
Banyak teori telah datang dan hilang mengenai perkara gelap itu. Salah satu yang pertama agak logik: persoalannya tersembunyi dalam objek halo padat astrofizik (MACHO), seperti bintang neutron, lubang hitam, kerdil coklat dan planet jahat. Mereka tidak memancarkan cahaya (atau mereka memancarkan sangat sedikit), jadi mereka hampir tidak dapat dilihat oleh teleskop.
Walau bagaimanapun, meninjau galaksi yang mencari penyimpangan kecil pada cahaya bintang yang dihasilkan oleh MACHO yang lewat - yang disebut microlensing - tidak dapat menjelaskan jumlah bahan gelap di sekitar galaksi, atau bahkan sebahagian besarnya. "MACHO sepertinya dikecualikan seperti biasa," kata Dan Hooper, seorang penyelidik bersekutu di Fermi National Accelerator Laboratory di Illinois.
Bahan gelap tidak kelihatan sebagai awan gas yang tidak dapat dilihat melalui teleskop. Gas yang meresap akan menyerap cahaya dari galaksi yang berada jauh, dan di bahagian atas gas yang normal itu akan memancarkan semula radiasi pada panjang gelombang yang panjang - akan ada pancaran cahaya inframerah yang besar di langit. Oleh kerana ini tidak berlaku, kita boleh menolaknya.
Apa yang mungkin
Zarah-zarah besar yang berinteraksi dengan lemah (WIMP) adalah antara pesaing paling kuat untuk penjelasan mengenai perkara gelap. Wimps adalah zarah berat - kira-kira 10 hingga 100 kali lebih berat daripada proton, yang diciptakan semasa Big Bang dan kekal dalam jumlah kecil hari ini. Zarah-zarah ini berinteraksi dengan bahan normal melalui graviti dan daya nuklear yang lemah. WIMP yang lebih besar akan bergerak dengan lebih perlahan melalui ruang, dan oleh itu mungkin calon bahan gelap "sejuk", sementara yang lebih ringan akan bergerak lebih cepat dan menjadi calon untuk perkara gelap "hangat".
Salah satu cara untuk mencarinya adalah melalui "pengesanan langsung," seperti eksperimen Large Underground Xenon (LUX), yang merupakan wadah xenon cair di lombong Dakota Selatan.
Cara lain untuk melihat kecacatan adalah dengan pemecut zarah. Di dalam pemecut, nukleus atom dipecahkan pada kecepatan mendekati kelajuan cahaya, dan dalam proses itu tenaga perlanggaran ini ditukarkan menjadi zarah-zarah lain, beberapa di antaranya baru bagi sains. Sejauh ini tidak ada yang ditemui dalam pemecut zarah yang kelihatan seperti bahan gelap yang berpotensi.
Kemungkinan lain: paksi. Zarah-zarah subatom ini dapat dikesan secara tidak langsung oleh jenis radiasi yang mereka pancarkan, bagaimana mereka memusnahkan atau bagaimana mereka merosot menjadi jenis partikel lain atau muncul dalam pecutan zarah. Walau bagaimanapun, tidak ada bukti langsung untuk paksi.
Oleh kerana penemuan zarah-zarah "sejuk" yang berat dan lambat seperti WIMP atau paksi belum menghasilkan hasil, sebilangan saintis melihat kemungkinan zarah-zarah cahaya dan bergerak lebih cepat yang menyebabkan bahan gelap "hangat". Terdapat minat baru terhadap model materi gelap seperti itu setelah para saintis menemui bukti zarah yang tidak diketahui menggunakan Observatorium sinar-X Chandra, di gugus Perseus, sekumpulan galaksi sekitar 250 juta tahun cahaya dari Bumi. Ion yang diketahui dalam kluster ini menghasilkan garis pelepasan sinar-X tertentu, dan pada tahun 2014, para saintis melihat "garis" baru yang dapat berhubungan dengan zarah cahaya yang tidak diketahui.
Sekiranya zarah-zarah bahan gelap terang, saintis akan sukar menemui mereka secara langsung, kata Tracey Slater, seorang ahli fizik di MIT. Dia mencadangkan jenis zarah baru yang dapat membentuk bahan gelap.
"Bahan gelap dengan jisim di bawah kira-kira 1 GeV sangat sukar untuk dikesan dengan eksperimen pengesanan langsung standard kerana ia berfungsi dengan mencari kawasan inti atom yang tidak dapat dijelaskan … tetapi apabila bahan gelap jauh lebih ringan daripada inti atom, tenaga penolakannya sangat kecil," kata Tracy Slater.
Banyak penyelidikan telah dilakukan dalam mencari bahan gelap, dan jika kaedah semasa gagal, kaedah baru akan dilakukan. Menggunakan helium cecair "cecair", semikonduktor dan bahkan memutuskan ikatan kimia dalam kristal adalah beberapa idea baru untuk mengesan bahan gelap.
