Materi gelap adalah salah satu misteri terbesar fisika modern. Hal ini diyakini membuat sebagian besar materi di alam semesta, namun sifat dan sifat-sifatnya masih belum diketahui. Para ilmuwan mencoba mendeteksi partikel materi gelap melalui berbagai eksperimen di Bumi, namun sejauh ini belum ada satupun yang berhasil.
Kini, tim peneliti dari India dan AS telah mengajukan ide baru untuk mencari materi gelap menggunakan gelombang gravitasi, yaitu riak dalam ruang-waktu yang disebabkan oleh peristiwa kosmik yang bergejolak. Dalam siaran persnya, para peneliti menyatakan bahwa partikel materi gelap dapat terakumulasi di dalam bintang neutron, yang merupakan sisa-sisa bintang yang sangat padat yang meledak, dan menyebabkannya runtuh ke dalam lubang hitam. Proses ini akan menghasilkan gelombang gravitasi yang dapat dideteksi oleh observatorium seperti LIGO, VIRGO dan KAGRA.
Penelitian ini dipimpin oleh Sulagna Bhattacharya, seorang mahasiswa pascasarjana di Tata Institute of Fundamental Research (TIFR) di Mumbai. Dia menjelaskan bahwa partikel materi gelap dapat berinteraksi dengan materi biasa melalui gaya selain gravitasi dan akhirnya terperangkap di dalam bintang neutron. Jika partikel materi gelap cukup berat dan tidak memiliki antipartikel, ia dapat membentuk inti padat di dalam bintang neutron yang kemudian runtuh menjadi lubang hitam kecil. Lubang hitam kemudian akan menyerap bintang neutron dari dalam dan mengubahnya menjadi lubang hitam dengan massa serupa.
Skenario ini akan menciptakan lubang hitam bermassa rendah, kurang dari massa maksimum bintang neutron, yang menurut teori evolusi bintang saat ini, berukuran sekitar 2,5 kali massa Matahari. Anupam Ray, yang ikut memimpin penelitian ini, mengatakan bahwa “di bawah parameter materi gelap yang belum dapat dikesampingkan oleh eksperimen lain, biner bintang neutron tua di wilayah padat galaksi seharusnya berevolusi menjadi biner lubang hitam. Jika kita tidak melihat adanya anomali penggabungan skala rendah, hal ini akan memberikan batasan baru pada materi gelap.”
Menariknya, beberapa gelombang gravitasi yang terdeteksi oleh LIGO, seperti GW190814 dan GW190425, tampaknya terkait dengan setidaknya satu benda padat bermassa rendah. Salah satu kemungkinannya adalah objek-objek tersebut adalah lubang hitam primordial, yaitu lubang hitam purba yang terbentuk akibat fluktuasi kepadatan di alam semesta awal, seperti yang dikemukakan Stephen Hawking dan Yakov Zeldovich pada tahun 1960-an.
Koalisi LIGO terlibat dalam pencarian benda-benda eksotik tersebut dan telah menetapkan batasan tertentu mengenai jumlahnya. Sebuah studi baru yang dilakukan Bhattacharya dan rekan-rekannya menunjukkan bahwa kegagalan yang sama dalam mendeteksi penggabungan objek bermassa rendah dengan LIGO juga memberlakukan batasan ketat pada jumlah partikel materi gelap. Studi ini mengeksplorasi kisaran massa partikel materi gelap di luar jangkauan eksperimen berbasis darat saat ini seperti XENON1T, PANDA, LUX-ZEPLIN, terutama untuk partikel materi gelap berat.
Para peneliti juga memperkirakan bahwa detektor gelombang gravitasi masa depan seperti Advanced LIGO, Cosmic Explorer, dan Teleskop Einstein akan mampu menyelidiki interaksi materi gelap berat yang lebih lemah, jauh di bawah apa yang disebut “lantai neutrino” tempat detektor materi gelap konvensional berlatar belakang. kebisingan dari neutrino astrofisika Di sisi lain, jika lubang hitam bermassa rendah ditemukan di masa depan, hal ini dapat memberikan petunjuk berharga tentang sifat materi gelap.
Penelitian ini membuka batas baru dalam upaya menguraikan materi gelap, menyoroti potensi gelombang gravitasi bukan hanya sekedar keingintahuan ilmiah, namun juga alat yang ampuh untuk penemuan mendasar di bidang fisika secara keseluruhan.
Mengakhiri dengan catatan penuh harapan, para penulis mencatat: “Detektor gelombang gravitasi, yang telah memainkan peran penting dalam mengkonfirmasi keberadaan lubang hitam dan prediksi gelombang gravitasi Einstein, memiliki potensi untuk menjadi alat yang dapat diandalkan untuk menyelidiki teori materi gelap.”
Baca juga: