Apakah kehidupan berdasarkan materi gelap mungkin?

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-16 16:08

Sebagian besar massa di alam semesta kita tidak terlihat. Dan untuk beberapa waktu sekarang, fisikawan telah mencoba untuk memahami apa itu massa yang sulit dipahami ini. Jika terbuat dari partikel, harapannya adalah bahwa Large Hadron Collider dapat menghasilkan partikel materi gelap, atau teleskop ruang angkasa akan melihat tanda tangan sinar gamma yang fasih dari tabrakan materi gelap. Sejauh ini, tidak ada apa-apa. Dan masalah ini membuat fisikawan teoretis merenungkan ide-ide baru.

Pada tahun 2017, fisikawan teoretis terkenal Lisa Randall meneliti salah satu kemungkinan materi gelap yang paling luar biasa. Hipotetis, tentu saja. Alih-alih memperlakukan materi gelap sebagai jenis partikel tertentu, dia berasumsi bahwa materi gelap dapat terdiri dari seluruh keluarga partikel yang membentuk bintang gelap, galaksi gelap, planet gelap, dan kemungkinan kehidupan gelap. Kimia alam semesta gelap bisa kaya dan beragam seperti "kimia biasa" kita sendiri. Tapi tidak semuanya begitu sederhana.

Masalah materi gelap

Alam Semesta kita adalah tempat yang menakjubkan, meskipun tidak dapat dipahami.

Selama beberapa dekade terakhir, kita telah menyadari bahwa 84,5% materi di alam semesta tidak dapat dilihat. Mengingat julukannya yang agak canggung "materi gelap", zat ini berada dalam keadaan di mana ia tidak berinteraksi dengan materi "normal". Seperti energi gelap, hal-hal ini "gelap" karena kita tidak memahaminya.

Jika ada sepotong materi gelap di meja saya sekarang, saya tidak akan pernah tahu tentang itu. Sepotong materi gelap secara umum, dengan demikian, tidak dapat terletak di meja saya. Itu akan jatuh melalui meja, dan lantai, dan kerak bumi, bergegas ke sumur gravitasi di inti planet kita. Atau itu akan menghilang ke luar angkasa dengan cara yang tidak bisa dipahami. Materi gelap berinteraksi sangat lemah dengan apa pun sehingga bagian ini akan jatuh begitu saja melalui materi biasa, seolah-olah tidak ada.

Dalam skala kecil, manifestasi gravitasi materi gelap dapat diabaikan, tetapi pada jarak kosmologis keberadaan materi gelap pasti dirasakan - itu dapat diamati secara tidak langsung oleh efek gravitasinya pada gugus galaksi dan pengaruhnya terhadap rotasi galaksi. Kita tahu bahwa itu ada, kita hanya tidak melihatnya.

Dan kita tidak tahu apa itu, kita hanya bisa menebak

Materi biasa - alias materi barionik - berinteraksi melalui gaya elektromagnetik, gravitasi, kuat dan lemah. Gaya-gaya ini mentransfer energi dan memberi struktur pada semua materi. Materi gelap, di sisi lain, biasanya dipandang sebagai awan "materi" amorf yang tidak dapat berinteraksi melalui gaya elektromagnetik, lemah atau kuat. Oleh karena itu, diasumsikan bahwa materi gelap adalah "non-baryonic". Materi non-baryonic dapat mengungkapkan keberadaannya hanya secara gravitasi.

Kandidat utama dalam pencarian materi gelap adalah WIMP, partikel masif yang berinteraksi lemah. Seperti yang disarankan oleh nama WIMP, partikel hipotetis ini tidak berinteraksi dengan materi normal - jadi ia bukan barionik.

Model kosmologis yang mapan memprediksi bahwa materi gelap - baik itu dalam bentuk WIMP atau "axion", misalnya - memberi alam semesta kita struktur dan biasanya secara sederhana disebut "lem" yang menahan Alam Semesta kita secara keseluruhan.

Mengamati rotasi galaksi, astronom Vera Rubin memperhatikan bahwa sebagian besar materi di galaksi tidak dapat diamati. Hanya sebagian kecil yang terlihat - bintang, gas, dan debu; sisanya bersembunyi di lingkaran materi gelap yang besar namun tak terlihat. Seolah-olah galaksi materi biasa kita yang terlihat hanyalah tudung pada roda materi gelap besar yang jauh melampaui apa yang bisa kita lihat.

Dalam makalah yang baru-baru ini diterbitkan (2013), Randall dan rekan-rekannya mempresentasikan bentuk materi gelap yang lebih kompleks. Menurut mereka, halo materi gelap galaksi kita tidak hanya terdiri dari satu jenis massa amorf materi non-barionik.

“Tampaknya sangat aneh untuk berasumsi bahwa semua materi gelap hanya terdiri dari satu jenis partikel,” tulis Randall. "Seorang ilmuwan yang tidak memihak seharusnya tidak membiarkan materi gelap menjadi beragam seperti materi normal kita."

Sebuah "alam semesta bayangan" yang kaya?

Sama seperti alam semesta kita yang terlihat diatur oleh Model Standar fisika - keluarga partikel yang telah terbukti dengan baik (termasuk Higgs boson yang terkenal) dan gaya, dapatkah model partikel dan gaya materi gelap yang kaya dan beragam berfungsi dalam lingkaran galaksi gelap?

Penelitian ini mengikuti logika asumsi beragam fisika yang tidak diketahui di sektor gelap alam semesta - sebut saja "alam semesta bayangan" - yang ada sejajar dengan milik kita dan memiliki semua kompleksitas yang ditawarkan alam semesta kita yang terlihat.

Ahli astrofisika sebelumnya telah menyarankan bahwa "bintang gelap" - bintang yang terbuat dari materi gelap - mungkin ada di alam semesta kuno kita hingga hari ini. Jika demikian, Randall berpendapat, mungkin "planet gelap" bisa terbentuk. Dan jika ada keluarga partikel materi gelap yang dikendalikan oleh kekuatan yang ditempatkan di sektor gelap, dapatkah ini mengarah pada munculnya kimia kompleks? Dan untuk hidup?

Namun, jika ada kehidupan "gelap" atau "bayangan" yang sejajar dengan alam semesta kita, Anda bisa lupa bahwa kita bisa mendeteksinya.

Kehidupan bayangan akan tetap berada dalam bayang-bayang

Tampaknya tergoda untuk menggunakan hipotesis ini untuk menjelaskan semua misteri sehari-hari atau bahkan klaim paranormal yang tidak dapat dibantah atau didukung oleh sains. Bagaimana jika "hantu" atau "cahaya di langit" yang tidak dapat dijelaskan adalah kejenakaan makhluk gelap yang hidup di belakang segalanya?

Meskipun logika ini cocok untuk acara TV atau film, makhluk gelap ini akan hidup di alam semesta bayangan yang sama sekali tidak sesuai dengan materi biasa. Partikel dan gaya mereka tidak akan berpengaruh di alam semesta kita. Anda bisa membaca baris-baris ini duduk di tunggul pohon di hutan yang gelap, dan Anda tidak akan pernah tahu tentang itu.

Tetapi karena kita hidup berdampingan dengan alam semesta bayangan ini dalam ruang-waktu yang sama - tanpa dimensi atau multiverse yang tidak perlu - hanya satu sinyal yang dapat ditransmisikan.

Gelombang gravitasi baru ditemukan pada tahun 2016, dan deteksi pertama riak ini di ruang-waktu disebabkan oleh tabrakan lubang hitam. Tampaknya sangat mungkin bahwa gelombang gravitasi dapat dideteksi di sektor gelap, tetapi hanya peristiwa kosmik paling kuat di sektor gelap yang dapat dideteksi di ujung kabel kita.

Secara keseluruhan, kita hampir pasti tidak akan pernah membuktikan keberadaan makhluk materi gelap yang lucu, tetapi Randall menunjukkan poin penting. Ketika kita mempertimbangkan sumber materi gelap, kita harus melihat melampaui prasangka kita; sektor gelap bisa menjadi keluarga kompleks partikel materi gelap dan kekuatan yang melampaui apa yang bisa kita bayangkan.