Bab ini membahas komposisi riil alam semesta dan peran komponen tak terlihat yang memengaruhi evolusi dan nasib kosmik.

Materi Gelap (Dark Matter): Lem Kosmik

Materi Gelap adalah bentuk materi hipotetis yang tidak memancarkan, menyerap, atau memantulkan cahaya (radiasi elektromagnetik) sehingga membuatnya tidak terlihat. Keberadaannya disimpulkan secara tidak langsung melalui efek gravitasinya.

A. Bukti Observasional

1. Kurva Rotasi Galaksi: Astronom Vera Rubin pada tahun 1970-an mengamati bahwa bintang-bintang di tepi luar galaksi spiral bergerak dengan kecepatan yang hampir sama dengan bintang-bintang yang dekat dengan pusat. Menurut hukum gravitasi Newton, kecepatan seharusnya menurun seiring jarak. Perbedaan ini menyiratkan bahwa ada sejumlah besar materi tak terlihat—Materi Gelap—yang menyediakan daya tarik gravitasi ekstra.
2. Lensa Gravitasi (Gravitational Lensing): Gugus galaksi memiliki massa yang cukup besar untuk melengkungkan ruang-waktu (sesuai Relativitas Umum) sehingga membelokkan cahaya dari objek di belakangnya. Tingkat pembelokan cahaya yang diamati jauh lebih besar daripada yang dapat dijelaskan oleh materi tampak, mengonfirmasi keberadaan Materi Gelap.
3. Gugus Peluru (Bullet Cluster): Gugus galaksi yang bertabrakan ini memberikan bukti paling langsung. Materi tampak (gas panas, diwarnai merah) terpisah dari sumber gravitasi total (diwarnai biru), menunjukkan bahwa sebagian besar massa (Materi Gelap) tidak berinteraksi seperti materi biasa.

B. Sifat Materi Gelap

• Komposisi: Materi Gelap diperkirakan terdiri dari partikel non-barionik (bukan proton atau neutron) yang bergerak lambat, yang dikenal sebagai WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), meskipun jenis partikel lain juga masih diselidiki.
• Peran Kosmologis: Materi Gelap adalah perancah gravitasi utama. Struktur kosmik (galaksi dan jaring kosmik) terbentuk dari Materi Gelap yang menarik Materi Biasa.

---

Energi Gelap (Dark Energy): Mesin Ekspansi

Energi Gelap adalah bentuk energi hipotetis yang tersebar seragam di seluruh ruang. Ia memiliki tekanan negatif yang bertindak berlawanan dengan gravitasi, menyebabkan ekspansi alam semesta yang dipercepat.

A. Bukti Observasional

1. Pengamatan Supernova Tipe Ia: Pada akhir 1990-an, dua tim astronom mengukur Supernova Tipe Ia (yang bertindak sebagai “lilin standar” kosmik untuk mengukur jarak). Mereka menemukan bahwa galaksi-galaksi yang jauh lebih redup dari yang diperkirakan. Ini berarti alam semesta tidak hanya mengembang, tetapi ekspansinya telah berakselerasi selama beberapa miliar tahun terakhir.
2. Analisis $CMB$: Pengukuran presisi pada $CMB$ mendukung geometri alam semesta yang datar ($k=0$) dan juga membatasi jumlah total materi dan energi, yang memperkuat kesimpulan bahwa sebagian besar energi haruslah Energi Gelap.

B. Sifat Energi Gelap

• Konstanta Kosmologi ($\Lambda$): Model paling sederhana untuk Energi Gelap adalah Konstanta Kosmologi ($\Lambda$), yang kembali ke persamaan Einstein (Bab V). $\Lambda$ mewakili energi intrinsik dari ruang hampa itu sendiri.
• Tekanan Negatif: Energi Gelap bertindak seperti vakum energi yang memiliki tekanan negatif yang sangat besar. Tekanan negatif inilah yang menyebabkan gaya tolak-menolak yang mendorong percepatan ekspansi.
• Dominasi: Karena kepadatannya konstan, saat alam semesta mengembang dan Materi Gelap serta Materi Biasa menjadi encer, Energi Gelap menjadi komponen yang mendominasi, menentukan nasib kosmik (Bab IV).

---

Komposisi Alam Semesta

Data observasional saat ini menunjukkan komposisi massa-energi alam semesta adalah sebagai berikut:

Komponen	Kontribusi (%)	Status
Energi Gelap	~68%	Menyebabkan ekspansi yang dipercepat.
Materi Gelap	~27%	Menyediakan gravitasi ekstra untuk struktur.
Materi Biasa (Barionik)	~5%	Semua yang kita lihat (atom, bintang, planet).

Implikasi Kosmik: Kosmologi modern menyimpulkan bahwa sekitar 95% dari alam semesta terdiri dari entitas yang sifat fisiknya masih belum dipahami sepenuhnya.