Sementara teori partikel saat ini merupakan penjelasan yang paling disukai untuk materi gelap, para fisikawan masih belum dapat mendeteksi partikel materi gelap dengan cara yang akan mengkonfirmasi atau bertentangan dengan teori tersebut. Dengan demikian, beberapa ahli teori telah mengeksplorasi teori-teori gravitasi baru yang dengan tegas menjelaskan keberadaan sejenis materi yang sulit dipahami ini. Namun, untuk meniadakan kebutuhan materi gelap, teori-teori ini harus diselaraskan dengan pengamatan kosmologis yang telah dikumpulkan hingga sejauh ini.
Dua peneliti dari Jet Propulsion Laboratory (JPL) NASA dan Universitas Princeton baru-baru ini melakukan penelitian yang bertujuan untuk lebih memahami poin apa yang harus diatasi oleh teori gravitasi alternatif, untuk secara efektif mendukung keberadaan materi gelap di alam semesta. Hasil penelitan mereka yang diterbitkan di jurnal Physical Review Letters, menguraikan serangkaian kendala yang dapat membantu untuk menentukan validitas potensial dari teori gravitasi alternatif.
Paradigma kosmologis standar, ΛCDM, menjelaskan bagaimana alam semesta saat ini berkembang dari latar belakang gelombang mikro kosmik (cosmic microwave background / CMB), yang pada dasarnya melukiskan ‘gambaran’ perkembangan alam semesta di hari-hari awalnya hingga saat ini. Evolusi struktur CMB menjadi berbagai galaksi dan struktur jaringan kosmik saat ini dapat dibenarkan dengan adanya materi gelap dingin (cold dark matter / CDM).
“Kami ingin memahami apakah kami dapat menggunakan data-data CMB dan data-data berbagai galaksi yang tersedia saat ini untuk menempatkan beberapa batasan tentang bagaimana teori gravitasi alternatif perlu berperilaku jika itu untuk menjelaskan materi gelap,” kata Kris Pardo, salah satu peneliti kepada Phys.org. “Pada dasarnya, jika sebenarnya ada beberapa gravitasi alternatif yang bertanggung jawab atas materi gelap, maka itu harus dapat menjelaskan dengan tepat bagaimana materi normal berevolusi dari CMB hingga saat ini.”
Ide inti di balik studi yang dilakukan oleh Pardo dan rekannya David N. Spergel telah dieksplorasi oleh peneliti lain, termasuk oleh Scott Dodelson di Kavli Institute for Cosmological Physics dalam suatu makalah yang telah diterbitkan di tahun 2011. Meskipun demikian, Pardo dan Spergel adalah orang pertama yang benar-benar menghitung fungsi yang merangkum gagasan ini.
“Kami menunjukkan bahwa teori apa pun yang mencoba menjelaskan materi gelap dengan mengubah gravitasi (daripada dengan memiliki partikel baru) perlu memiliki bentuk yang sangat unik,” jelas Pardo. “Faktanya, bentuk ini akan sangat unik sehingga mungkin akan menyebabkan beberapa gerakan galaksi yang cukup gila di dekat kita, yang tidak kita lihat buktinya. Jadi penjelasan paling sederhana untuk materi gelap tetaplah bahwa ia adalah sebuah partikel.”
Studi terbaru oleh Pardo dan Spergel menetapkan batasan baru pada kualitas spesifik yang harus dimiliki teori gravitasi alternatif untuk mendukung keberadaan materi gelap. Menariknya, para peneliti menemukan bahwa tidak ada teori gravitasi yang diajukan sejauh ini yang memenuhi batasan ini, yang menunjukkan bahwa jika materi gelap dapat dijelaskan dengan teori semacam itu, teori yang valid belum dikembangkan. Di masa depan, karya mereka dapat menginformasikan perkembangan teori gravitasi alternatif yang lebih selaras dengan observasi kosmologis.
“Dalam studi kami, kami berasumsi bahwa teori gravitasi alternatif harus ‘linier’,” kata Pardo. “Kami sekarang sedang mencari cara untuk memperluas ini ke teori nonlinier.”
