Selama beberapa dekade, teori yang berlaku menyatakan bahwa materi gelap – zat tak kasat mata yang menyusun sekitar 85% massa alam semesta – bersifat “dingin” segera setelah Big Bang. Artinya, partikel penyusunnya bergerak cukup lambat hingga menggumpal melalui gravitasi, membentuk galaksi dan struktur kosmik lebih besar yang kita amati saat ini. Penelitian baru menantang asumsi ini, menunjukkan bahwa materi gelap mungkin awalnya sangat panas, bergerak dengan kecepatan mendekati cahaya sebelum mendingin hingga cukup untuk membentuk awal pembentukan galaksi.
Pergeseran Pemahaman
Studi yang dilakukan oleh para peneliti di University of Minnesota Twin Cities dan Universit’e Paris-Saclay ini mengusulkan bahwa materi gelap bisa saja “terpisah” dari plasma energi tinggi alam semesta awal ketika masih ultrarelativistik – bergerak dengan kecepatan ekstrim. Skenario ini memperluas jangkauan kemungkinan perilaku partikel materi gelap, sehingga berpotensi membuka pintu bagi jalur eksperimental dan observasi baru.
Kuncinya terletak pada periode pemanasan kembali setelah alam semesta berkembang pesat (inflasi). Selama pemanasan ulang, energi dari inflasi diubah menjadi campuran panas partikel dan radiasi. Dalam kondisi tertentu, para peneliti menunjukkan bahwa materi gelap yang tercipta saat ini mungkin saja lahir dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, namun masih cukup dingin untuk menyamai struktur skala besar alam semesta.
Mengapa Ini Penting
Model “materi gelap dingin” telah lama menjadi pusat pemahaman kita tentang kosmologi. Jika temuan baru ini benar, maka pencarian kita terhadap materi gelap dapat diubah. Upaya pendeteksian saat ini bergantung pada berbagai metode—penumbuk partikel, detektor bawah tanah, dan observasi astrofisika—semuanya didasarkan pada gagasan bahwa partikel materi gelap bergerak relatif lambat.
Nuansa ini juga menimbulkan pertanyaan teoretis yang lebih mendalam tentang sifat dasar materi gelap dan perannya dalam evolusi kosmik.
“Materi gelap terkenal penuh teka-teki,” kata Stephen Henrich, seorang mahasiswa pascasarjana di Universitas Minnesota. “Salah satu dari sedikit hal yang kami ketahui tentangnya adalah bahwa ia harus bersuhu dingin… Hasil terbaru kami menunjukkan bahwa hal tersebut tidak terjadi; faktanya, materi gelap dapat menjadi sangat panas ketika ia lahir, namun masih memiliki waktu untuk mendingin sebelum galaksi mulai terbentuk.”
Paradoks Materi Gelap “Panas”.
Secara historis, gagasan tentang “materi gelap panas” – partikel yang bergerak terlalu cepat untuk membentuk struktur secara efisien – telah ditolak. Neutrino bermassa rendah, yang pernah menjadi kandidat utama, dikesampingkan beberapa dekade yang lalu karena kecenderungannya untuk melenyapkan struktur galaksi daripada menyemainya.
Namun, studi baru ini menunjukkan bahwa jika materi gelap diproduksi selama fase pemanasan ulang Big Bang yang kacau, materi gelap tersebut mungkin sudah cukup dingin untuk bertindak sebagai “materi gelap dingin”. Hal ini membuka kembali kemungkinan bagi kandidat partikel yang sebelumnya dibuang.
Implikasi di Masa Depan
Temuan tim ini, yang dipublikasikan di Physical Review Letters, memberikan sudut pandang baru untuk melihat momen-momen awal alam semesta. Jika terkonfirmasi, temuan ini dapat membuka pemahaman yang lebih mendalam mengenai kondisi yang terjadi segera setelah Big Bang dan menyempurnakan pencarian kita akan substansi yang sulit dipahami yang membentuk kosmos.
Pekerjaan tim peneliti memungkinkan para ilmuwan mengakses sejarah alam semesta yang sangat dekat dengan Big Bang.
Penelitian tersebut diberi judul: Ultrarelativistic Freeze-Out: A Bridge from WIMPs to FIMPs. Fis. Pendeta Lett 135, 221002; doi: 10.1103/zk9k-nbpj
