Materi Gelap adalah substansi yang tidak dapat kita lihat, cium, atau sentuh, tetapi keberadaannya diyakini melalui efek gravitasinya pada materi biasa (baryonic) dan pada kelengkungan ruang-waktu.

1. Bukti Observasional Keberadaan Materi Gelap

Keberadaan Materi Gelap bukan hipotesis semata, melainkan kesimpulan yang tak terhindarkan dari beberapa pengamatan yang bertentangan dengan hukum gravitasi Newton dan Relativitas Umum jika yang ada hanyalah materi yang terlihat:

• Kurva Rotasi Galaksi: Ini adalah bukti paling awal dan paling kuat. Bintang-bintang di tepi luar galaksi seharusnya bergerak lebih lambat daripada bintang-bintang di pusat (seperti planet di tata surya). Namun, pengamatan menunjukkan bahwa bintang-bintang di tepi bergerak sama cepatnya dengan bintang-bintang di pusat. Ini menyiratkan bahwa galaksi diselimuti oleh halo materi tak terlihat yang memberikan gaya tarik gravitasi ekstra.
• Lensa Gravitasi (Gravitational Lensing): Materi Gelap melengkungkan ruang-waktu, yang menyebabkan cahaya dari galaksi yang jauh dibelokkan (dilensakan) saat melewatinya. Para astronom mengukur distorsi cahaya ini untuk memetakan distribusi massa total (terlihat + gelap) dalam gugusan galaksi. Peta massa total ini menunjukkan bahwa sebagian besar massa adalah materi tak terlihat.
• Bullet Cluster: Ini adalah bukti pamungkas. Kluster ini adalah hasil tabrakan dua gugus galaksi. Pengamatan menunjukkan bahwa pusat massa gravitasi (Materi Gelap) telah terpisah dari gas panas (materi biasa). Hal ini menunjukkan bahwa Materi Gelap hanya berinteraksi dengan dirinya sendiri dan dengan materi biasa hanya melalui gravitasi, dan bukan melalui gaya elektromagnetik atau gaya kuat.

2. Sifat dan Komposisi Materi Gelap

• Gelap (Dark): Ia tidak memancarkan atau menyerap foton (cahaya) pada panjang gelombang elektromagnetik apa pun.
• Dingin (Cold): Sebagian besar Materi Gelap diyakini bergerak dengan kecepatan non-relativistik (jauh lebih lambat dari $c$). Inilah yang memungkinkannya menggumpal dan membentuk struktur galaksi.
• Bukan Materi Biasa: Materi Gelap bukan terdiri dari atom, proton, neutron (materi baryonic), atau neutrino. Materi Gelap diyakini terdiri dari partikel-partikel elementer eksotis yang belum ditemukan, yang disebut WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles).

---

🔮 Energi Gelap (Dark Energy)

Energi Gelap adalah entitas teoretis yang bertanggung jawab atas percepatan ekspansi alam semesta. Ini adalah komponen terbesar dari seluruh massa-energi alam semesta.

1. Bukti Ekspansi yang Dipercepat

• Pengamatan Supernova Tipe Ia: Pada akhir 1990-an, astronom mengukur supernova Tipe Ia (yang bertindak sebagai ‘lilin standar’ untuk mengukur jarak kosmik) dan menemukan bahwa galaksi-galaksi jauh lebih jauh dari yang diperkirakan.
• Kesimpulan: Hal ini berarti ekspansi alam semesta tidak hanya terjadi, tetapi juga berakselerasi (bertambah cepat) seiring waktu.

2. Fisika Energi Gelap: Tekanan Negatif

Untuk menjelaskan akselerasi ini dalam kerangka Relativitas Umum, harus ada sumber energi yang memiliki sifat tekanan negatif (negative pressure).

• Gravitasi Normal: Materi biasa dan cahaya memiliki tekanan positif, sehingga gravitasi menariknya dan seharusnya memperlambat ekspansi.
• Energi Gelap: Energi Gelap memiliki tekanan negatif. Dalam Persamaan Medan Einstein, tekanan negatif menciptakan efek tolakan gravitasi yang mendorong ruang untuk meregang.

3. Kandidat Utama Energi Gelap

Energi Gelap paling sering dimodelkan sebagai:

• Konstanta Kosmologis ($\mathbf{\Lambda}$): Ini adalah kandidat utama. Einstein awalnya memasukkan $\Lambda$ ke dalam persamaannya (dan kemudian menyebutnya ‘kesalahan terbesar’) untuk menjaga alam semesta tetap statis. Dalam kosmologi modern, $\Lambda$ diinterpretasikan sebagai energi vakum atau energi yang melekat pada ruang-waktu itu sendiri. Saat ruang mengembang, lebih banyak ruang tercipta, dan lebih banyak energi vakum muncul, sehingga densitas energinya tetap konstan dan efek tolakan terus meningkat.
• Quintessence: Ini adalah kandidat hipotetis lain; bentuk energi yang medan kuantumnya berubah seiring waktu, berpotensi menjelaskan mengapa Energi Gelap mulai mendominasi baru-baru ini dalam sejarah alam semesta.

---

⚖️ Keseimbangan Kosmik

Materi Gelap dan Energi Gelap adalah dua sisi dari misteri kosmik yang sama, membentuk 95% dari alam semesta.

Fitur	Materi Gelap	Energi Gelap
Sifat	Menarik (Gravitasi Positif)	Menolak (Tekanan Negatif/Antigravitasi)
Efek	Membentuk struktur galaksi dan gugus	Menyebabkan ekspansi alam semesta berakselerasi
Lokasi	Tergumpal di sekitar galaksi (Halo)	Tersebar merata di seluruh ruang
Misteri Fisika	Partikel apa itu? (WIMPs?)	Apa sumber tekanan negatifnya? (Energi Vakum?)

Pengujian kedua komponen ini memerlukan penggabungan fisika partikel (untuk Materi Gelap) dan kosmologi skala besar (untuk Energi Gelap), yang saat ini menjadi fokus utama penelitian fisika.