Minggu, 11 Mei 2008

Dark Matter




Prerequisite Reading: "Braneworlds", "Black Hole is a 2-Dimensional Object"

What is Dark Matter?

Dark Matter atau materi gelap adalah sebuah nama untuk materi di alam ini yang tidak pernah bisa diketahui struktur intenalnya. "Dark" atau gelap digunakan oleh ilmuwan untuk me-label-kan obyek yang tidak terjelaskan.

Dark Matter adalah nyata. Pengaruh gravitasi dan energy-nya atau disebut Dark Energy dapat di detekasi dan dirasakan. Bahkan dark matter mengisi 23% massa materi di alam semesta ini, dan Dark Enegy menguasai 73% dari energi yang ada di alam semesta ini. Namun dark matter tidak memancarkan cahaya, it's just dark! dan kita tidak pernah tau terbentuk dari partikel apakah dark matter itu.


Source: Wikipedia

Dari buku yang terakhir saya baca, "Endless Universe" by Paul Steinhardt dan Neil Turok, mereka menegaskan bahwa dark matter dan dark energy berperan sangat penting dalam pembentukan wujud alam semesta kita. Satelit WMAP memberikan gambaran kepada kita bahwa alam semesta kita adalah flat. Dan yang bertanggung jawab atas itu tidak lain adalah dark matter.

Sesaat setelah Big Bang, hamburan partikel merata ke seluruh penjuru jagat. Kemudian Dark Matter mengimbangi penyebaran tersebut. Anda boleh membayangkan sebongkah tepung roti yang siap dimasukkan ke oven. Bayangkan anda memijat tepung tersebut dengan jari anda. Tepung akan menjadi datar, flat, tipis karena pijatan anda. Begitulah dark matter memperlakukan alam semesta kita selama 15 milyar tahun ini, dan hingga milyaran tahun ke depan akan menjadikan alam semesta kita semakin flat.


Hubble's map: Dark matter may be invisible but it accounts for most of the Universe's mass. Its gravitational attraction acts as a template, pulling normal matter - the stars in their galaxy groupings into the large-scale structures we can see through telescopes.


Lalu bagaimana dark matter diketahui oleh manusia? Selama bertahun-tahun manusia telah mengamati melalui observasi bahwa terdapat gaya gravitasi yang nyata yang dihasilkan oleh obyek misterius. Obyek ini tidak terlihat, namun gaya gravitasinya mempengaruhi obyek lain di sekelilingnya. Dark matter bertanggung jawab atas berkumpulnya bintang-bintang yang kemudian membentuk group-group galaksi atau cluster. NASA melalui teleskop Hubble mencoba mengilustrasikan bagaimana dark matter membentuk rupa alam semesta kita hingga menjadi yang sekarang kita amati.


Alam Semesta yang Memuai, Galaksi yang Terkucil

Hubble berhasil membuktikan bahwa alam semesta kita ini memuai ukurannya dikarenakan sejak Big Bang terjadi, partikel di alam terus bergerak saling menjauh seiring waktu. Hasil pengamatan Hubble memperlihatkan kepada kita bahwa jarak antar galaksi terus berkembang dan saling menjauhi satu sama lain dengan laju kritis. Di masa yang akan datang, manusia tidak akan mungkin bisa melihat galaksi lain di langit karena mereka akan sudah terlalu jauh untuk diamati.

Namun yang menjadi perhatian kemudian adalah, jika alam semesta ini memuai secara merata, bukankah di galaksi kita ini jarak antar bintang juga akan semakin berjauhan? Namun pada kenyataannya, Tidak. Galaksi kita tetap seperti sekarang ini sejak dulu. Bagaimana bisa begitu?

Di sinilah kemudian kali pertama Dark Matter dan Dark Energy mendapat perhatian penuh dari para ilmuwan. Terdapat gaya gravitasi besar yang tersebar yang dihasilkan dari obyek tak tampak yang banyak sekali jumlahnya di galaksi kita ini yang selalu menjaga jarak antara bintang. Alam semesta akan terus memuai dan jarak antar galaksi akan terus menjauh, tteapi galaksi akan tetap sama dan terkucil dari galaksi lainnya.

Mau tidak mau kita harus berterima kasih pada dark matter yang menjaga bintang-bintang dan planet-planet di dalam galaksi bima-sakti kita ini tetap berkumpul berdekatan, walaupun jarak antar galaksi semakin menjauh.


So, How Dark is Dark?

Kalau memang dark matter itu nyata pengaruhnya dan sangat dekat dengan kita, mengapa ia berbeda dari obyek langit yang lain? Jika dark matter tidak memantulkan cahaya, maka dark matter tidak mungkin dapat dililhat dengan bantuan cahaya. Tidak ada spektrum cahaya yang bisa membantu ilmuwan untuk menganalisanya. Satu-satunya yang dirasakan dari dark matter hanya gravitasi.

Jika anda membaca tulisan saya sebelumnya "Black Hole is a 2-Dimensional Object", maka ada kemiripan antara dark matter dengan black hole. Hanya saja, dark matter bukanlah obyek dengan massa terkompaksi akibat keruntuhan bintang, sehingga dark matter tidak menghisap partikel disekelilingnya seperti black hole. Namun satu hal persamaannya adalah mereka memiliki gaya gravitasi.


Ilustrasi di samping ini menjelaskan perbedaan antara string terbuka dan string tertutup. String terbuka, kedua ujungnya harus tertambat pada membrane. Sedangkan string tertutup tidak memiliki ujung (seperti karet gelang) sehingga ia tidak perlu harus tertambat pada membrane. Partikel dengan string tertutup dapat bergerak bebas antar membrane.


Kemudian, bila anda ingat tulisan saya, "Braneworlds" mengenai graviton, partikel gravitasi dengan string tertutup, maka anda mengerti bahwa string tertutup memiliki konsekuensi bahwa ia tidak tertambat pada membrane manapun. Partikel dengan string tertutup bebas keluar-masuk braneworld. Graviton yang merupakan partikel dengan string tertutup itu bergerak antar-braneworld dan mau-tidak-mau membagi gaya gravitasinya ke lebih dari satu braneworld.

Apakah semua gravitasi begitu? Ya.

Semua materi yang menghasilkan gaya gravitasi, berarti melepaskan graviton. Graviton ini akan langsung memiliki ruang gerak multi-braneworld. Lalu bagaimana bila dihubungkan dengan dark matter?

Di sinilah deduksi yang cukup menarik untuk disimak. Dark matter mungkin bukan obyek native alam semesta / braneworld kita. Wujud Dark matter yang sebenarnya adalah berada di membrane lain. Dengan kedudukannya yang berada di membrane lain, maka sudah tentu tidak bisa dideteksi karena cahaya atau photon adalah partikel dengan string terbuka yang tidak bisa pergi meninggalkan membrane dimana ia tertambat. Jika demikian, maka dark matter adalah obyek 2 dimensi-ruang seperti black hole. Struktur internalnya bukan milik alam semesta ini.

5 komentar:

Daus mengatakan...

Invisible hand of God? Hehehe

Tapi seriously, implikasi dari darkmatter (jika memang berada dalam brane lain) adalah keteraturan di brane lain menjadikan keteraturan di brane yang kita tinggali karena tanpa keteraturan darkmatter di brane lain maka darkenergy tidak mungkin stabil dan bekerja sebagaimana yang kita rasakan

Pertanyaan berikutnya adalah bagaimana bisa hal itu terjadi jika brane "tetangga" memiliki "big-bang" yang berbeda sehingga implikasinya memiliki hukum alam yang berbeda? Bagaimana mungkin hukum alam yang berlainan saling bersinergi membentuk keteraturan di brane masing2 (setidaknya di brane yang kita tinggali)? Hanya kebetulan (jawaban atheists)? Too good tobe true....

Kakek wijen mengatakan...

Maaf saya masih belum paham bagaimana caranya dark mater membuat alam semesta kita menjadi flat ? karena bukankah alam semesta kita ini mengembang ke semua arah dengan kecepatan yg sama ? Lalu bagaimana bisa dark mater hanya mengerem inflasinya di bagian tertentu saja, sehingga membeuat alam semesta menjadi pipih ? Apakah alam semesta berotasi ? tapi rotasi terhadap apa ? karena di luar alam semesta adalah tidak eksis.

Erianto Rachman mengatakan...

Untuk Bung Daus dan Kakek Wijen,
Dark matter memang sangat misterius. Jarang saya temukan buku yang memaparkan temuan akan apakahitu dark matter. Sepertinya belum ada kemajuan science yang berarti mengenai dark matter. Dak matter adalah nyata dan bertanggung jawab atas eksistensi kita.

Saya sedang mencari buku yang bisa mengulas dark matter lebih dalam. Saya membeli buku baru tulisan Brian Greene yang berjudul, "Hidden Reality". Sedang saya baca, semoga ada sesuatu mengenai Dark Matter ini di dalamnya.

Maaf bila jawaban saya kurang memuaskan.

Kurniawan mengatakan...

Apakah dark matter eksis didalam 4-brane atau 5-brane ?

Erianto Rachman mengatakan...

@Kurniawan:
Tidak ada yang tau. Hanya ada kemungkinan. Seharusnya iya.