Mengukur Komposisi Alam Semesta: Energi Gelap dan Materi Gelap
Sebuah pengukuran baru terhadap Alam Semesta telah mengkonfirmasi bahwa energi gelap, atau dark energy, menyumbang hampir 69% dari total komposisi Alam Semesta. Ini menyisakan sisanya, sekitar 31%, untuk materi; baik materi biasa yang kita kenal – yaitu partikel dan gaya yang membentuk segala sesuatu yang bisa kita lihat – dan materi gelap, entitas misterius yang mengendalikan efek gravitasi yang tidak dapat dijelaskan dengan cara lain.
“Kosmolog percaya bahwa hanya sekitar 20% dari total materi terbuat dari materi biasa atau ‘baryonik’, yang mencakup bintang, galaksi, atom, dan kehidupan,” jelas ahli astronomi Mohamed Abdullah dari Institut Penelitian Nasional Astronomi dan Geofisika di Mesir dan Universitas Chiba di Jepang.
“Sekitar 80% terbuat dari materi gelap, yang sifat misteriusnya belum diketahui tetapi mungkin terdiri dari beberapa partikel subatom yang belum ditemukan.”
Di sisi lain, energi gelap adalah lebih seperti kekuatan. Kita tidak tahu apa itu sebenarnya. Itulah istilah yang kita gunakan untuk apa pun yang mendorong perluasan percepatan Alam Semesta, dan ada banyak dari itu di luar sana. Pengukuran berulang telah menemukan bahwa energi gelap menyusun sebagian besar kerapatan materi-energi Alam Semesta, dalam jumlah yang cenderung berada di sekitar 70%.
Laju perluasan Alam Semesta selama ini sangat sulit untuk diketahui dengan pasti, tetapi ada banyak alasan mengapa ilmuwan ingin melakukannya. Mempersempit kerapatan materi-energi Alam Semesta dapat membantu ilmuwan memahami apa itu energi gelap, bagaimana dampaknya pada perluasan Alam Semesta selama ini, dan apa yang mungkin terjadi di masa depan: perluasan Alam Semesta selamanya, atau malah berbalik dan menyusut menjadi Big Crunch.
Salah satu cara yang terbukti untuk menentukan seberapa besar energi gelap adalah dengan menggunakan gugusan galaksi. Hal ini karena gugusan galaksi terdiri dari materi yang berkumpul di bawah gravitasi selama umur Alam Semesta, sekitar 13,8 miliar tahun.
Dengan membandingkan jumlah galaksi dan massa dalam sebuah gugusan dengan simulasi numerik, ilmuwan dapat menghitung proporsi materi dan energi.
“Karena gugusan galaksi saat ini terbentuk dari materi yang runtuh selama miliaran tahun karena gravitasinya sendiri,” jelas ahli astronomi Gillian Wilson dari Universitas California Merced, “jumlah gugusan yang diamati pada saat ini, yang disebut ‘kelimpahan gugusan,’ sangat sensitif terhadap kondisi kosmologis dan, khususnya, jumlah total materi.”
Namun karena sebagian besar massa disediakan oleh materi gelap, sulit untuk mengukur massa gugusan galaksi secara langsung. Sebaliknya, para peneliti menentukan massa gugusan galaksi dalam database mereka, yang dianalisis dengan teknik GalWeight untuk memastikan bahwa setiap gugusan hanya mencakup galaksi-galaksi gugusan, dengan menghitung jumlah galaksi dalam masing-masingnya. Karena gugusan yang lebih besar memiliki lebih banyak galaksi, hubungan yang dikenal sebagai hubungan massa-kekayaan (MMR), para peneliti dapat memperkirakan massa total setiap gugusan sampel mereka.
Kemudian, mereka melakukan simulasi numerik untuk menghasilkan gugusan galaksi, dengan proporsi energi gelap dan materi yang bervariasi. Simulasi yang paling mendekati gugusan galaksi yang diamati berasal dari Alam Semesta yang terdiri dari 31% materi.
Ini sangat mendekati (dan meningkat dibandingkan dengan) upaya sebelumnya oleh tim ini, yang menghasilkan proporsi energi gelap sekitar 68,5%, dan materi sekitar 31,5%. Ini juga sangat cocok dengan pengukuran lain terhadap kerapatan materi-energi Alam Semesta, menunjukkan bahwa kita hampir berhasil mengukurnya dengan pasti.
“Kami telah berhasil melakukan pengukuran pertama kerapatan materi menggunakan MRR, yang sangat cocok dengan yang diperoleh oleh tim Planck menggunakan metode latar belakang gelombang mikro kosmik,” kata ahli astronomi Tomoaki Ishiyama dari Universitas Chiba.
“Pekerjaan ini lebih lanjut menunjukkan bahwa kelimpahan gugusan adalah teknik yang kompetitif untuk membatasi parameter kosmologis dan melengkapi teknik non-gugusan seperti anisotropi CMB, getaran akustik barion, supernova Tipe Ia, atau lensa gravitasi.”
Sumber: Science Alert