Skip to content Skip to sidebar Skip to footer

Sejarah Singkat Materi Gelap

Materi gelap adalah suatu materi hipotesis yang tidak dapat dideteksi karena tidak berinteraksi dengan materi biasa dan gaya elektromagnetik. Materi gelap tidak sama seperti materi biasa yang bisa memancarkan, memantulkan dan menyerap gelombang elektromagnetik baik itu dalam wujud cahaya ataupun dalam wujud gelombang elektromagnetik yang lain. Alasan ilmuwan menyimpulkan bahwa materi gelap itu ada adalah karena melalui pengamatan mereka menemukan bahwa ada sesuatu di luar sana yang memiliki gravitasi  yang sangat besar, yang dapat memberikan efek yang siginifikan terhadap objek disekitarnya.

Bagi para Astronom galaksi adalah sesuatu hal yang seksi, eksotis dan mempesona yang membuat mereka terus bergairah untuk meneliti dan mengamatinya. Pertama-tama, pengamatan astronom pada lautan bintang di bentangan langit hitam memunculkan kesadaran bahwa tata surya kita terletak di sebuah lengan dari sebuah galaksi berbentuk spiral yang bernama Bimasakti (Milky Way). 

Selanjutnya, muncul lagi bukti bahwa ternyata ada galaksi lain yang berada di luar galaksi Bimasakti kita. Pada tahun 1920-an, dengan bantuan teleskop Edwin Hubble menghabiskan hari-harinya untuk membuat katalog berbagai macam galaksi, dan ribuan bintang. Ia juga mencatat semua informasi tentang ukuran, rotasi dan jarak objek-objek astronomi tersebut dari Bumi.

Fritz Zwicky; bapak materi gelap. Sumber: fineartamerica.com

Pada tahun 1933 seorang astronom berkebangsaan Amerika-Swiss bernama Fritz Zwicky mempelajari gugus galaksi bernama cluster Coma. [Gugus galaksi adalah kumpulan galaksi-galaksi]. Pertama-tama Zwicky menggunakan metode pengukuran luminositas cahaya untuk menentukan berapa besar massa yang seharusnya berada di cluster Coma. Karena massa itu terkait dengan gravitasi, maka Zwicky juga bisa menghitung berapa kecepatan orbit galaksi ketika mengitari pusat gugus galaksi.

Setelah mengetahui massa gugus galaksi dan kecepatan orbit galaksi lewat metode pengukuran luminositas, Zwicky mengukur kecepatan orbit galaksi secara aktual untuk menentukan massa galaksi melalui metode kedua yaitu kurva rotasi sebagai perbandingan. Saat baru mengukur kecepatan orbit galaksi Zwicky sudah mendapatkan keanehan yaitu hasil pengukuran kecepatan orbit galaksi ternyata berkali-kali lipat lebih cepat, dibandingkan dengan kecepatan orbit galaksi yang diperoleh sebelumnya dari pengukuran luminositas.

Normalnya, dengan kecepatan orbit seperti itu galaksi seharusnya terlempar atau terlepas dari gugus galaksi. Namun faktanya, galaksi tersebut tidak terlepas keluar. Karena itu disimpulkan bahwa gugus galaksi seharusnya memiliki gravitasi yang jauh lebih besar untuk bisa mengikat galaksi tetap pada orbitnya.

Karena gravitasi itu erat hubungannya dengan massa, maka untuk memiliki gravitasi yang lebih besar gugus galaksi juga harus memiliki massa yang lebih besar daripada massa gugus galaksi yang terlihat. Massa yang dihitung menggunakan luminositas disebut juga sebagai massa yang terlihat, karena diukur berdasarkan apa yang tampak yaitu kilauan/luminositas cahaya. Satu-satunya kesimpulan yang tersisa sebagai solusi untuk membereskan masalah ini adalah bahwa gugus galaksi memiliki gravitasi yang sangat besar karena disumbang oleh materi tidak terlihat dengan massa yang sangat besar yang oleh Zwicky disebut sebagai materi gelap.

Konsep atau istilah materi gelap sebenarnya sudah dipakai sebelum Zwicky. Pada tahun 1932, Jan Hendrik Oort mengamati objek dengan skala lebih kecil dibandingkan objek pengamatan Zwicky. Jika objek pengamatan Zwicky adalah galaksi dalam gugus galaksi, maka yang diamati oleh Jan H. Oort adalah bintang dalam galaksi. Oort mendapati bahwa bintang-bintang yang diamatinya bergerak lebih cepat daripada perkiraan perhitungan. Oort lalu menggunakan istilah materi gelap untuk menggambarkan materi bermassa tak dikenal yang memiliki gravitasi dan mampu menahan agar bintang-bintang dengan kecepatan orbit tinggi tidak terlepas dari galaksi. 

Walau pada akhirnya hasil pengamatan Oort dinyatakan keliru, tapi sejak saat itulah istilah materi gelap mulai digunakan. Di situs wikipedia berbahasa Inggris mengatakan bahwa istilah ini sudah lebih dulu digunakan oleh Lord Kelvin pada tahun 1884 dan Henri Poincare pada tahun 1906 serta Jacobus Kapteyn pada tahun 1922. Tapi umumnya atau sebagian besar dari sumber lain menyatakan bahwa konsep atau istilah materi gelap dimulai oleh Jan Hendrik Oort.

Pada tahun 1970 Vera Rubin dan Kent Ford dengan metode yang sama dengan yang digunakan Zwicky mengkonfirmasi hasil dan kesimpulan yang sama. Hanya saja kali ini Vera Rubin dan Kent Ford melakukan pengukuran yang lebih terperinci dan lebih akurat terhadap bintang-bintang di beberapa galaksi spiral (galaksi berbentuk spiral) yang dekat dengan kita termasuk galaksi Andromeda (M31). Rubin dan Ford mencatat bahwa bintang-bintang di galaksi spiral bergerak mengorbit pusat galaksi jauh lebih cepat daripada yang seharusnya. Hal ini mengarahkan pada penelitian lanjutan yang menunjukkan bahwa galaksi spiral harus terdiri dari materi gelap yang perbandingannya enam kali lebih banyak dari materi biasa yang terlihat.

Vera Rubin astronom wanita yang mengkonfirmasi keberadaan dark matter. Sumber gambar: the New York Times:

Mungkin terlintas pemikiran bahwa penyebab massa objek astronomi yang dihitung menggunakan metode luminositas hasilnya lebih kecil daripada metode kurva rotasi dikarenakan adanya sebagian cahaya yang tertutup awan gas tebal. Karena tertutup awan debu-gas yang tebal, luminositas yang terukur menjadi berkurang sehingga massa objek yang dihitung pun ikut berkurang. Ini adalah pemikiran yang benar, tapi dalam pengukuran tidak pernah ada hasil pengukuran dengan metode atau instrumen (alat) yang berbeda selisih pengukurannya mencapai 100% atau 2 kali lipat, apalagi jika objek yang diukur itu sangat besar. 

Sebagai contoh, jika kita menimbang beras dengan timbangan duduk dan hasilnya 5 kg tidak mungkin saat kita menimbang beras yang sama dengan timbangan gantung hasilnya menjadi 10 kg,- kecuali salah satu timbangannya rusak. Karena itu apabila ada cahaya dari galaksi yang terhalang oleh awan debu dan gas yang tebal, maka selisih hasil pengukuran pun tidak akan mungkin mencapai 100% atau dua kali lipat. Jika selisihnya mencapai 2 kali lipat itu berarti jumlah cahaya yang terhalang sama banyaknya dengan cahaya yang tampak yang bisa diamati. Ini jelas-jelas merupakan hal yang tidak mungkin.

Jadi, gagasan tentang materi gelap pada dasarnya muncul karena adanya selisih hasil perhitungan massa objek astronomi dalam skala galaksi dari dua metode yang berbeda dengan tingkat keakuratan yang sama. Selisihnya adalah massa yang diperoleh dari perhitungan kurva rotasi 6 kali lebih besar daripada massa galaksi yang terlihat (dihitung menggunakan metode luminositas). 

Sampai saat ini materi gelap masih berupa istilah yang digunakan untuk menyebut materi yang belum diketahui dan tidak terlihat. Apa sebenarnya materi gelap itu masih belum diketahui, dan sampai sekarang ilmuwan masih terus berburu partikel-partikel hipotesis untuk dijadikan kandidat sebagai materi gelap.

Sumber:

[1] Milner, R. G. 2018. Understanding the Elusive Dark Matter di https://www.openaccesgovernment.org/understanding-the-elusive-dark-matter/44569/.

[2] Rubin, Vera dan Ford, W.Kent, Jr. (February 1970). "Rotation of the Andromeda Nebula from a Spectroscopic Survey of Emission Regions". The Astrophysical Journal. 159: 379–403. Bibcode:1970ApJ...159..379R. doi:10.1086/150317.

[3] Rubin, Vera. 1998. Dark Matter in the Universe. Scientific American.

[4] Templeton, G. 2015. What is Dark Matter di https://www.extremetech.com/extreme/212601-what-is-dark-matter.

[5] Zwicky, F. (1937), "On the Masses of Nebulae and of Clusters of Nebulae", Astrophysical Journal, 86: 217, Bibcode:1937ApJ....86..217Z, doi:10.1086/143864.

Ricky Hamanay
Ricky Hamanay Yuditya Hamdani Hamanay; penulis sains amatir. Blogger sejak 2013