Materi Gelap dan Energi Gelap: Apa Mereka Benar-benar Ada?

Untuk mendekati satu abad, para periset telah menduga bahwa alam semesta mengandung lebih banyak materi daripada yang dapat diamati secara langsung, yang dikenal sebagai "materi gelap". Mereka juga mengemukakan adanya "energi gelap" yang lebih kuat daripada daya tarik gravitasi. Kedua hipotesis ini, telah diperdebatkan, menjelaskan pergerakan bintang di galaksi dan untuk percepatan ekspansi alam semesta masing-masing.

Tapi - menurut seorang peneliti di University of Geneva (UNIGE), Swiss - konsep ini mungkin tidak berlaku lagi: fenomena yang seharusnya mereka gambarkan dapat ditunjukkan tanpa mereka. Penelitian ini, yang dipublikasikan di The Astrophysical Journal, mengeksploitasi model teoretis baru berdasarkan skala invarian dari ruang kosong, yang berpotensi memecahkan dua misteri terbesar astronomi.

Longer valid: fenomena yang seharusnya mereka gambarkan dapat ditunjukkan tanpa mereka. Penelitian ini, yang dipublikasikan di The Astrophysical Journal, mengeksploitasi model teoretis baru berdasarkan skala invarian dari ruang kosong, yang berpotensi memecahkan dua misteri terbesar astronomi.

Pada tahun 1933, astronom Swiss Fritz Zwicky membuat sebuah penemuan yang membuat dunia terdiam: ada, mengklaim Zwicky, yang secara substansial lebih banyak masalah di alam semesta daripada yang bisa kita lihat sebenarnya. Para astronom menyebut hal ini "materi gelap" yang tidak diketahui, sebuah konsep yang harus dianggap lebih penting pada tahun 1970an, ketika astronom AS Vera Rubin menyerukan masalah misterius ini untuk menjelaskan pergerakan dan kecepatan bintang-bintang.

Para ilmuwan kemudian mencurahkan banyak sumber daya untuk mengidentifikasi materi gelap - di luar angkasa, di lapangan dan bahkan di CERN - namun tidak berhasil. Pada tahun 1998 terjadi guntur kedua: tim ahli astrofisika Australia dan AS menemukan percepatan perluasan alam semesta, memberi mereka Hadiah Nobel untuk fisika pada tahun 2011. Namun, terlepas dari sumber daya yang sangat besar yang telah diimplementasikan, tidak ada teori atau pengamatan telah mampu mendefinisikan energi hitam ini yang diduga lebih kuat dari daya tarik gravitasi Newton.

Singkatnya, materi hitam dan energi gelap adalah dua misteri yang membuat para astronom bingung selama 80 tahun dan 20 tahun.

Sebuah model baru berdasarkan skala invariance dari ruang kosong

Cara kita mewakili alam semesta dan sejarahnya digambarkan oleh persamaan relativitas umum Einstein, gravitasi universal Newton dan mekanika kuantum. Konsensus model saat ini adalah sebuah ledakan besar yang diikuti oleh sebuah ekspansi. "Dalam model ini, ada sebuah hipotesis awal yang belum diperhitungkan, menurut pendapat saya," kata André Maeder, profesor kehormatan di Departemen Astronomi di Fakultas Ilmu Pengetahuan UNIGE. "Maksud saya, skala invarian dari ruang kosong, dengan kata lain, ruang kosong dan propertinya tidak berubah setelah dilatasi atau kontraksi."

Ruang kosong memainkan peran primordial dalam persamaan Einstein karena beroperasi dalam kuantitas yang dikenal sebagai "konstanta kosmologis," dan model alam semesta yang dihasilkan bergantung padanya. Berdasarkan hipotesis ini, Maeder sekarang memeriksa kembali model alam semesta, menunjukkan bahwa skala invarian dari ruang kosong juga hadir dalam teori dasar elektromagnetisme.

Apakah kita akhirnya memiliki penjelasan untuk perluasan alam semesta dan kecepatan galaksi?

Ketika Maeder melakukan tes kosmologis pada model barunya, dia menemukan bahwa itu sesuai dengan pengamatan. Dia juga menemukan bahwa model tersebut memprediksi percepatan ekspansi alam semesta tanpa harus memperhitungkan energi partikel atau gelap. Singkatnya, tampak bahwa energi gelap mungkin tidak benar-benar ada karena percepatan ekspansi terkandung dalam persamaan fisika.

Pada tahap kedua, Maeder berfokus pada hukum Newton, sebuah contoh spesifik dari persamaan relativitas umum. Undang-undang tersebut juga sedikit dimodifikasi bila model tersebut memasukkan hipotesis baru Maeder. Memang, ini mengandung percepatan luar yang sangat kecil, yang sangat penting pada kepadatan rendah. Hukum yang telah diubah ini, bila diterapkan pada kelompok galaksi, menyebabkan massa kelompok sesuai dengan materi yang terlihat (bertentangan dengan apa yang Zwicky katakan pada tahun 1933): ini berarti bahwa tidak ada materi gelap yang diperlukan untuk menjelaskan kecepatan tinggi galaksi di kelompok.

Tes kedua menunjukkan bahwa undang-undang ini juga memprediksi kecepatan tinggi yang dicapai oleh bintang-bintang di wilayah luar galaksi (seperti yang diamati Rubin), tanpa harus beralih ke materi gelap untuk menggambarkannya.

Akhirnya, tes ketiga melihat dispersi kecepatan bintang-bintang berosilasi di sekitar pesawat Bima Sakti. Dispersi ini, yang meningkat seiring dengan usia bintang yang relevan, dapat dijelaskan dengan sangat baik dengan menggunakan hipotesis ruang kosong yang invarian, sementara sebelumnya tidak ada kesepakatan mengenai asal efek ini.

Penemuan Maeder membuka jalan bagi konsepsi astronomi baru, yang akan menimbulkan pertanyaan dan menimbulkan kontroversi. "Pengumuman model ini, yang akhirnya memecahkan dua misteri terbesar astronomi, tetap sesuai dengan semangat sains: tidak ada yang bisa diterima begitu saja, bukan dalam hal pengalaman, pengamatan atau penalaran manusia," pungkas André. Maeder.