Para ilmuwan akhirnya mungkin mengetahui apa yang ada sebelum Big Bang

AUSTIN — Bayangkan sebuah alam semesta di mana sebagian besar materinya bagaikan hantu tak kasat mata, menembus ruang angkasa namun tetap tidak terdeteksi oleh mata kita. Ini bukan fiksi ilmiah – ini adalah materi gelap, dan para ilmuwan sekarang percaya bahwa materi ini mungkin lebih tua dari perkiraan siapa pun.

Sebuah studi inovatif dari tim di Universitas Texas di Austin menawarkan kisah asal usul baru yang menggiurkan dari teka-teki kosmik ini. Para peneliti berpendapat bahwa materi gelap mungkin tercipta pada salah satu momen paling mendasar dalam sejarah alam semesta – periode ekspansi singkat dan eksplosif yang disebut inflasi kosmik itu terjadi saja sebelum Ledakan Besar.

Para ilmuwan percaya bahwa materi gelap membentuk sekitar 85% dari seluruh materi di kosmos, meskipun mereka tidak dapat melihatnya secara nyata. Studi baru ini menambah kerutan lain dalam misteri kosmik ini, menunjukkan bahwa zat ini entah bagaimana sudah ada sebelum peristiwa yang dianggap banyak orang sebagai permulaan waktu.

“Hal yang unik pada model kami adalah materi gelap berhasil diproduksi selama inflasi,” kata Katherine Freese, peneliti utama dan direktur Institut Fisika Teoritis Weinberg, dalam rilis medianya. “Dalam sebagian besar model, segala sesuatu yang tercipta selama inflasi kemudian 'digelembungkan' oleh perluasan alam semesta secara eksponensial, hingga pada titik di mana pada dasarnya tidak ada lagi yang tersisa.”

Penelitian tersebut dipublikasikan di jurnal Surat Tinjauan Fisikmemperkenalkan mekanisme baru yang disebut WIFI (Warm Inflation Freeze-In), yang menunjukkan bahwa materi gelap dapat dihasilkan pada masa-masa awal alam semesta melalui interaksi kecil dan langka dalam lingkungan yang sangat panas dan energik.

Kebanyakan kosmolog sekarang memahami bahwa permulaan alam semesta jauh lebih kompleks daripada momen ledakan yang sederhana. Sebelum Big Bang, materi dan energi dikompresi menjadi keadaan padat yang sangat ekstrem sehingga para fisikawan kesulitan menjelaskannya. Ekspansi yang cepat dalam sepersekian detik – inflasi – mendahului Big Bang yang lebih dikenal, dan menyiapkan panggung bagi segala sesuatu yang akan terjadi setelahnya.

Dalam model baru ini, medan kuantum yang mendorong inflasi kehilangan sebagian energinya karena radiasi, yang kemudian menghasilkan partikel materi gelap melalui proses yang disebut pembekuan. Aspek yang paling luar biasa dari penelitian ini adalah dugaan bahwa semua materi gelap yang kita amati saat ini mungkin tercipta selama periode inflasi yang singkat tersebut.

“Dalam penelitian kami, kami fokus pada produksi materi gelap, namun WIFI menunjukkan penerapan yang lebih luas, seperti produksi partikel lain yang dapat memainkan peran penting dalam evolusi awal alam semesta,” kata peneliti Barmak Shams Es Haghi.

Teori ini membuka jalan baru yang menarik untuk mengeksplorasi unsur-unsur dasar alam semesta. Meskipun saat ini belum dapat dikonfirmasi melalui observasi langsung, para peneliti optimis. Mahasiswa pascasarjana Gabriele Montefalcone menunjukkan bahwa eksperimen mendatang yang mempelajari Latar Belakang Gelombang Mikro Kosmik dan struktur universal berskala besar dapat memberikan validasi penting.

“Jika pengamatan di masa depan mengkonfirmasi bahwa inflasi hangat adalah paradigma yang benar, hal ini akan secara signifikan memperkuat argumen bahwa materi gelap diproduksi seperti yang dijelaskan dalam kerangka kerja kami,” Montefalcone menyimpulkan.