Materi gelap, yang diyakini oleh para peneliti merupakan sekitar 80% dari massa alam semesta, adalah salah satu misteri yang paling sulit dipahami dalam fisika modern. Apakah sebenarnya materi gelap itu dan bagaimana hal itu dapat terjadi adalah sebuah misteri, tetapi studi baru dari Universitas Johns Hopkins sekarang menunjukkan bahwa materi gelap mungkin telah ada sebelum Big Bang.
Studi yang diterbitkan di Physical Review Letters, menyajikan gagasan baru tentang bagaimana materi gelap terlahir dan bagaimana mengidentifikasinya melalui sebuah pengamatan astronomi.
“Studi ini mengungkapkan hubungan baru antara fisika partikel dan astronomi. Jika materi gelap terdiri dari partikel baru yang lahir sebelum Big Bang, mereka memengaruhi bagaimana galaksi didistribusikan di langit dengan cara yang unik. Hubungan ini dapat digunakan untuk mengungkapkan identitasnya dan membuat kesimpulan tentang masa sebelum Big Bang juga,” kata Tommi Tenkanen, seorang postdoctoral fellow dalam Fisika dan Astronomi di Universitas Johns Hopkins dan penulis penelitian.
Meskipun tidak banyak yang diketahui tentang asal-usulnya, para astronom telah menunjukkan bahwa materi gelap memainkan peran penting dalam pembentukan galaksi dan kluster galaksi. Meskipun tidak dapat diamati secara langsung, para ilmuwan mengetahui bahwa keberadaan materi gelap sebab yang diakibatkan oleh efek gravitasinya terhadap bagaimana materi yang dapat terlihat bergerak dan didistribusikan di ruang angkasa.
Untuk waktu yang lama, para peneliti percaya bahwa materi gelap dipastikan sebagai zat sisa dari peristiwa Big Bang. Para peneliti telah lama mencari jenis dari materi gelap ini, tetapi sejauh ini semua pencarian yang telah dilakukan secara eksperimental belumlah berhasil.
“Jika materi gelap memang benar merupakan sisa dari Big Bang, maka dalam kebanyakan kasus, para peneliti seharusnya mengetahui sinyal secara langsung dari materi gelap melalui berbagai eksperimen fisika partikel,” kata Tenkanen.
Dengan menggunakan kerangka matematika baru yang sederhana, penelitian ini menunjukkan bahwa materi gelap mungkin telah dihasilkan sebelum Big Bang selama era yang dikenal sebagai inflasi kosmik ketika ruang angkasa mengembang begitu cepatnya. Ekspansi yang cepat ini diyakini menyebabkan kelimpahan produksi dari berbagai jenis partikel tertentu yang disebut skalar. Sejauh ini, hanya satu partikel skalar yang telah ditemukan, Higgs boson yang terkenal.
“Kita tidak tahu apa itu materi gelap, tetapi jika itu ada hubungannya dengan partikel skalar apa pun, mungkin materi gelap lebih tua daripada Big Bang. Dengan skenario matematika yang diusulkan, kita tidak harus mengasumsikan jenis interaksi baru antara terlihat dan materi gelap di luar gravitasi, yang sudah kita tahu ada di sana,” jelas Tenkanen.
Sementara gagasan bahwa materi gelap ada sebelum Big Bang bukanlah hal baru, ahli teori lainnya belum dapat menghasilkan perhitungan yang mendukung gagasan tersebut. Studi terbaru ini menunjukkan bahwa para peneliti seringkali mengabaikan skenario matematika yang justru paling sederhana untuk asal usul materi gelap, katanya.
Studi terbaru ini juga menyarankan cara untuk menguji asal usul materi gelap dengan mengamati ciri khas peninggalan materi gelap pada distribusi materi di alam semesta.
“Meskipun jenis materi gelap ini terlalu sulit ditemukan dalam eksperimen partikel, ia dapat mengungkapkan keberadaannya dalam pengamatan astronomi. Kami akan segera mempelajari lebih lanjut tentang asal-usul materi gelap ketika satelit Euclid diluncurkan di tahun 2022. Ini akan menjadi sangat menarik untuk menyaksikan apa yang akan diungkapkannya tentang materi gelap dan jika temuan tersebut dapat digunakan untuk mencapai puncaknya sebelum Big Bang.”
