Energi Gelap (Dark Energy) Alam Semesta

Energi alam semesta

Sebuah penemuan baru yang dipimpin langsung oleh para peneliti di University of Cambridge dan dilaporkan dalam jurnal Physical Review D, menunjukkan bahwa beberapa hasil yang tidak dapat dijelaskan dari eksperimen XENON1T di Italia mungkin disebabkan oleh adanya energi gelap, dan bukan materi gelap yang dirancang oleh pendeteksi eksperimen tersebut. Mereka membangun model fisik untuk membantu menjelaskan hasil, yang mungkin berasal dari partikel energi gelap yang dihasilkan daruwilayah Matahari dengan medan magnet yang kuat, meskipun percobaan di masa depan akan diperlukan untuk mengkonfirmasi penjelasan ini. Para peneliti mengatakan studi mereka bisa menjadi langkah penting menuju deteksi langsung energi gelap.

energi tertinggi di semesta

Segala sesuatu yang dapat dilihat oleh mata kita di langit dan di dunia sehari-hari mulai dari bulan kecil hingga galaksi besar, dari semut hingga paus biru yang terbentuk kurang dari lima persen alam semesta. Sisanya gelap. Sekitar 27% adalah materi gelap yaitu kekuatan tak terlihat yang menyatukan galaksi dan jaring kosmik, sementara 68% adalah energi gelap, yang menyebabkan alam semesta mengembang dengan kecepatan yang dipercepat.

"Meskipun kedua komponen tersebut sama-sama tidak terlihat, akan tetapi kita lebih tahu tentang materi gelap, sejak keberadaannya pada awal tahun 1920-an, sementara energi gelap tidak ditemukan hingga pada tahun 1998," kata Dr Sunny Vagnozzi dari Institut Kavli untuk Kosmologi Cambridge. Penulis pertama makalah tentang"Eksperimen skala besar seperti XENON1T telah dirancang untuk mendeteksi materi gelap secara langsung, dengan mencari tanda-tanda materi gelap 'menabrak' materi biasa, tetapi energi gelap bahkan lebih sulit dipahami."

Untuk mendeteksi energi gelap, para ilmuwan umumnya mencari interaksi gravitasi, yaitu bagaimana cara gravitasi menarik benda-benda di sekitarnya. Dan pada skala terbesar, efek gravitasi energi gelap bersifat saling tolak-menolak, menarik benda-benda untuk saling menjauh satu sama lain dan membuat ekspansi Semesta semakin cepat.

Sekitar setahun yang lalu, eksperimen XENON1T melaporkan bahwa sinyal yang tidak diharapkan, atau kelebiha.  Hal ini, didasarkan pada “Kelebihan semacam ini sering kali merupakan sebuah kebetulan, namun juga terkadang dapat mengarah pada penemuan mendasar,” kata Dr Luca Visinelli, seorang peneliti di Frascati National Laboratories di Italia, rekan penulis studi tersebut. "Kami menjelajahi model di mana sinyal ini dapat dikaitkan dengan energi gelap, daripada materi gelap yang awalnya dirancang untuk dideteksi oleh eksperimen."

Pada saat itu, penjelasan paling populer terkait kelebihan tersebut adalah axion  hipotetis, yaitu partikel yang sangat ringan yang diproduksi oleh Matahari. Namun, penjelasan ini tidak sesuai dengan pengamatan, karena jumlah aksis yang diperlukan untuk menjelaskan sinyal XENON1T akan secara drastis mengubah evolusi bintang yang jauh lebih berat dibandingkan Matahari yang bertentangan dengan apa yang kita amati.

Kita masih jauh untuk memahami apa itu energi gelap, namun sebagian besar model fisik untuk energi gelap akan mengarah pada keberadaan apa yang disebut gaya kelima. Ada empat gaya fundamental di alam semesta, dan segala sesuatu yang tidak dapat dijelaskan oleh salah satu gaya ini kadang-kadang disebut sebagai hasil dari gaya kelima yang tidak diketahui.

Namun, kita tahu bahwa teori gravitasi Einstein bekerja sangat baik di alam semesta ini. Oleh karena itu, gaya kelima apa pun yang terkait dengan energi gelap tidak diinginkan dan harus 'tersembunyi' atau 'disaring' jika menyangkut skala kecil, dan hanya dapat beroperasi pada skala terbesar di mana teori gravitasi Einstein gagal menjelaskan tentang percepatan Alam Semesta. Untuk menyembunyikan kekuatan kelima, banyak model energi gelap dilengkapi dengan apa yang disebut mekanisme penyaringan, yang secara dinamis menyembunyikan kekuatan kelima. 

Vagnozzi dan rekan penulisnya membangun model fisik, yang menggunakan jenis mekanisme penyaringan yang dikenal sebagai penyaringan bunglon, untuk menunjukkan bahwa partikel energi gelap yang dihasilkan di medan magnet kuat Matahari dapat menjelaskan kelebihan XENON1T. "Penyaringan bunglon kami sangat mematikan dengan produksi partikel energi gelap di objek yang sangat padat, menghindari masalah yang dihadapi oleh axion matahari," kata Vagnozzi. "Ini juga memungkinkan kita untuk memisahkan apa yang terjadi di Alam Semesta lokal yang sangat padat dari apa yang terjadi pada skala terbesar, di mana kepadatannya sangat rendah."

Para peneliti menggunakan model mereka untuk menunjukkan apa yang akan terjadi di detektor jika energi gelap dihasilkan pada wilayah tertentu Matahari, yang disebut tachocline, di mana medan magnet sangat kuat. "Sangat mengejutkan bahwa kelebihan ini pada prinsipnya disebabkan oleh energi gelap daripada materi gelap," kata Vagnozzi. "Ketika semuanya menyatu seperti itu, itu benar-benar istimewa."

Perhitungan mereka menunjukkan bahwa eksperimen seperti XENON1T, yang dirancang untuk mendeteksi materi gelap, juga dapat digunakan untuk mendeteksi energi gelap. Namun, kelebihan aslinya masih perlu dikonfirmasi secara meyakinkan. "Pertama-tama kita perlu tahu bahwa ini bukan hanya kebetulan," kata Visinelli. "Jika XENON1T benar-benar melihat sesuatu, Anda akan berharap untuk melihat kelebihan serupa lagi di eksperimen mendatang, tapi kali ini dengan sinyal yang jauh lebih kuat."

Jika kelebihannya adalah hasil dari energi gelap, peningkatan yang akan datang pada eksperimen XENON1T, serta eksperimen yang mengejar tujuan serupa seperti LUX-Zeplin dan PandaX-xT, berarti deteksi energi gelap dapat dilakukan secara langsung dalam dekade berikutnya.


Referensi

Sunny Vagnozzi, Luca Visinelli, Philippe Brax, Anne-Christine Davis, Jeremy Sakstein. Direct detection of dark energy: The XENON1T excess and future prospects. Physical Review D, 2021; 104 (6) DOI: 10.1103/PhysRevD.104.063023

Lebih baru Lebih lama