Hanya sekitar 5% dari alam semesta yang terdiri dari materi “biasa” (atom, bintang, manusia). Sisanya adalah Materi Gelap (~27%) dan Energi Gelap (~68%).
6.1 Materi Gelap (Dark Matter)
Materi Gelap adalah bentuk materi yang tidak memancarkan, menyerap, atau memantulkan radiasi elektromagnetik (cahaya), sehingga tidak bisa dideteksi oleh teleskop konvensional. Kita mengetahui keberadaannya hanya melalui efek gravitasi yang ditimbulkannya pada materi yang terlihat.
A. Bukti Keberadaan Materi Gelap
- Kurva Rotasi Galaksi: Pada tahun 1970-an, Vera Rubin mengamati bahwa bintang-bintang di pinggiran galaksi spiral bergerak secepat bintang yang berada dekat pusat. Menurut hukum Newton, seharusnya mereka bergerak lebih lambat. Ini menunjukkan adanya massa tak terlihat (halo) yang memberikan tarikan gravitasi tambahan.
- Lensa Gravitasi: Cahaya dari galaksi jauh dibelokkan secara ekstrem saat melewati gugus galaksi. Jumlah pembelokan ini jauh lebih besar daripada yang bisa dihasilkan oleh massa bintang dan gas yang terlihat saja.
- Gugus Peluru (Bullet Cluster): Observasi pada tabrakan dua gugus galaksi menunjukkan bahwa massa utama (terdeteksi lewat lensa gravitasi) terpisah dari gas panas (terdeteksi lewat sinar-X). Ini membuktikan bahwa materi gelap tidak berinteraksi melalui tekanan gas, melainkan hanya lewat gravitasi.
B. Kandidat Materi Gelap
Para fisikawan partikel mencari identitas materi ini:
- WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles): Partikel hipotetis yang hanya berinteraksi lewat gravitasi dan gaya nuklir lemah.
- Axions: Partikel yang sangat ringan dan dingin yang muncul dari teori kromodinamika kuantum.
- MACHOs (Massive Compact Halo Objects): Objek masif biasa (seperti lubang hitam kecil atau planet pengembara), namun pengamatan menunjukkan jumlahnya tidak cukup untuk menjelaskan semua materi gelap.
6.2 Energi Gelap (Dark Energy)
Jika materi gelap bersifat “penarik” (gravitasi), maka energi gelap bersifat “penolak”. Energi gelap adalah energi yang meresap ke seluruh ruang dan menyebabkan pengembangan alam semesta semakin cepat.
A. Penemuan: Supernova Tipe Ia
Pada tahun 1998, dua tim astronom mengamati Supernova Tipe Ia (yang berfungsi sebagai “lilin standar”) di galaksi yang sangat jauh. Mereka menemukan bahwa galaksi-galaksi tersebut lebih redup dari yang diperkirakan, yang berarti mereka berada lebih jauh daripada yang seharusnya jika pengembangan alam semesta melambat. Kesimpulannya: pengembangan alam semesta justru sedang dipercepat.
B. Konstanta Kosmologis ($\Lambda$)
Einstein awalnya memasukkan Konstanta Kosmologis ke dalam persamaannya untuk menjaga alam semesta tetap statis. Sekarang, $\Lambda$ digunakan untuk mewakili Energi Vakum—energi yang secara intrinsik dimiliki oleh ruang hampa itu sendiri. Semakin besar ruang yang tercipta, semakin banyak energi gelap, sehingga dorongannya semakin kuat.
6.3 Perbandingan Sektor Gelap
| Fitur | Materi Gelap (Dark Matter) | Energi Gelap (Dark Energy) |
| Sifat Utama | Menarik (Gravitasi) | Menolak (Tekanan Negatif) |
| Efek pada Struktur | Membantu pembentukan galaksi | Menghambat pertumbuhan struktur |
| Distribusi | Terkonsentrasi dalam halo galaksi | Tersebar merata di seluruh ruang |
| Peran dalam Alam Semesta | “Lem” yang menyatukan galaksi | “Pendorong” yang memisahkan galaksi |
6.4 Masa Depan Alam Semesta (Nasib Akhir)
Keberadaan Energi Gelap menentukan bagaimana alam semesta akan berakhir:
- The Big Freeze (Pembekuan Besar): Alam semesta terus mengembang selamanya hingga bintang-bintang mati, galaksi saling menjauh hingga tak terlihat, dan suhu mencapai nol mutlak. Ini adalah teori yang paling didukung saat ini.
- The Big Rip (Robekan Besar): Jika kekuatan energi gelap meningkat seiring waktu, ia akan merobek galaksi, bintang, atom, hingga kain ruang-waktu itu sendiri.
- The Big Crunch (Remukan Besar): Terjadi hanya jika energi gelap menghilang dan gravitasi mengambil alih kembali (sangat kecil kemungkinannya berdasarkan data saat ini).