Sebuah tim yang dipimpin oleh UNIGEmenunjukkan bahwa komponen paling misterius di Alam Semesta kita mematuhi hukum fisika klasik. Namun keraguan masih ada.
Apakah materi gelap mengikuti hukum yang sama dengan materi biasa? Misteri komponen Alam Semesta kita yang tidak kasat mata dan hipotetis ini – yang tidak memancarkan atau memantulkan cahaya – masih belum terpecahkan. Sebuah tim yang melibatkan anggota dari Universitas Jenewa berangkat untuk menentukan apakah, dalam skala kosmologis, materi ini berperilaku seperti materi biasa atau apakah ada kekuatan lain yang ikut berperan. Temuan mereka, dipublikasikan di Komunikasi Alammenyarankan perilaku serupa, sambil membiarkan kemungkinan interaksi yang belum diketahui. Terobosan ini memberikan lebih banyak pencerahan pada sifat-sifat materi yang sulit dipahami ini, yang jumlahnya lima kali lebih banyak daripada materi biasa.
Materi biasa tunduk pada empat gaya yang telah teridentifikasi dengan baik: gravitasi, elektromagnetisme, dan gaya kuat dan lemah pada tingkat atom. Tapi bagaimana dengan materi gelap? Tidak terlihat dan sulit dipahami, hal ini bisa jadi tunduk pada hukum yang sama atau diatur oleh kekuatan kelima yang belum diketahui.
Materi gelap jatuh ke dalam sumur gravitasi dengan cara yang sama seperti materi biasa, sehingga mematuhi persamaan Euler.
Untuk mengungkap misteri ini, tim yang dipimpin oleh UNIGE berangkat untuk menentukan apakah, dalam skala kosmik, materi gelap jatuh ke dalam sumur gravitasi dengan cara yang sama seperti materi biasa. Di bawah pengaruh benda-benda angkasa yang sangat besar, ruang yang ditempati alam semesta kita terdistorsi dan menciptakan sumur-sumur. Materi biasa – planet, bintang, dan galaksi – jatuh ke dalam sumur ini sesuai dengan hukum fisika yang telah ditetapkan, termasuk teori relativitas umum Einstein dan persamaan Euler. Tapi bagaimana dengan materi gelap?
“Untuk menjawab pertanyaan ini, kami membandingkan kecepatan galaksi di alam semesta dengan kedalaman sumur gravitasi,” jelas Camille Bonvin, profesor di Departemen Fisika Teoretis di Fakultas Sains Universitas Jenewa dan salah satu penulis studi tersebut. “Jika materi gelap tidak terkena gaya kelima, maka galaksi – yang sebagian besar terdiri dari materi gelap – akan jatuh ke dalam lubang ini seperti materi biasa, yang hanya diatur oleh gravitasi. Sebaliknya, jika gaya kelima bekerja pada materi gelap, hal ini akan mempengaruhi pergerakan galaksi, yang kemudian akan jatuh ke dalam lubang dengan cara yang berbeda. Dengan membandingkan kedalaman lubang dengan kecepatan galaksi, maka kita dapat menguji keberadaan gaya semacam itu.”
Persamaan Euler masih valid
Dengan menerapkan pendekatan ini pada data kosmologi saat ini, tim peneliti menyimpulkan bahwa materi gelap jatuh ke dalam sumur gravitasi dengan cara yang sama seperti materi biasa, sehingga mengikuti persamaan Euler. “Pada tahap ini, kesimpulan ini belum mengesampingkan adanya gaya yang tidak diketahui. Namun jika gaya kelima tersebut ada, maka gaya tersebut tidak boleh melebihi 7% gaya gravitasi – jika tidak maka gaya tersebut sudah akan muncul dalam analisis kami,” kata Nastassia Grimm, penulis pertama studi tersebut dan mantan peneliti postdoctoral di Departemen Fisika Teoretis di Fakultas Sains Universitas Jenewa yang baru-baru ini bergabung dengan Institut Kosmologi dan Gravitasi di Universitas Portsmouth.
Hasil awal ini menandai langkah maju yang besar dalam mengkarakterisasi materi gelap. Tantangan berikutnya adalah menentukan apakah ada kekuatan kelima yang mengaturnya. “Data yang akan datang dari eksperimen terbaru, seperti LSST dan DESI, akan sensitif terhadap gaya gravitasi yang lemah seperti 2%.
Oleh karena itu, mereka seharusnya memungkinkan kita untuk belajar lebih banyak tentang perilaku materi gelap, simpul Isaac Tutusaus, peneliti di ICE-CSIC dan IEEC dan profesor di IRAP, observatorium Midi-Pyrénées, Universitas Toulouse, salah satu penulis studi ini.
Kontak
Camille Bonvin
Profesor asosiasi
Departemen Fisika Teoritis
Fakultas Sains
UNIGE
+41 22 379 30 36
Camille.Bonvin(at)unige.ch
Penelitian ini dipublikasikan di
Komunikasi Alam
DOI: 10.1038/s41467-025-65100-8
