Materi gelap merupakan materi yang tidak bisa dideteksi dari radiasi yang dipancarkan atau penyerapan radiasi yang datang ke materi tersebut namun bisa dibuktikan lewat efek gravitasi materi yang tampak seperti galaksi serta bintang. Perkiraan mengenai banyaknya materi yang ada di alam semesta berdasarkan efek gravitasi selalu memperlihatkan jika sebetulnya ada lebih banyak materi dibandingkan materi yang bisa diamati secara langsung. Ditambah lagi, adanya materi gelap bisa menyelesaikan banyak ketidakkonsistenan pada teori dentuman dasyat.
Sebagian besar massa yang ada di alam dipercaya ada dalam bentuk ini. Menentukan sifat dari materi gelap juga disebut sebagai masalah materi gelap atau juga disebut masalah hilangnya massa dan menjadi masalah penting pada kosmologi modern. Ada banyak materi biasa yang bisa terlihat di alam semesta namun tidak cukup untuk membuat gravitasi berhenti berkembang sehingga akan terus berlanjut selamanya mesk tidak ada materi gelap.
Prinisp dasarnya, jumlah materi gelap yang cukup pada alam semesta bisa mengakibatkan pengembangan alam semesta berhenti atau sebaliknya yakni menyebabkan Big Crunch. Pada praktiknya, sekarang ini ada banyak anggapan jika gerakan alam semesta lebih didominasi dengan komponen lain yakni energi gelap. Menurut perkiraan ada sekitar 84.5% materi yang ada di alam semesta serta 26.8% dari semua isi alam semesta yang merupakan materi gelap.
A. Pengertian Materi Gelap
Materi gelap adalah salah satu bentuk materi yang menurut perkiraan menempati sekitar 85% materi di alam semesta dan sekitar ΒΌ dari total massa jenis kepadatan energinya atau sekitar 2.21 x 10-27 kg/m3. Kehadiran materi gelap tersirat di banyak pengamatan astrofisika termasuk juga efek gravitasi yang tidak bisa dijelaskan dalam teori gravitasi yang diterima kecuali lebih banyak materi dibandingkan yang sudah terlihat.
Karena alasan tersebut, banyak ahli yang beranggapan jika materi gelap ada banyak di alam semesta dan berpengaruh kuat untuk struktur serta evolusinya. Materi gelap disebut gelap karena terlihat tidak berinteraksi dengan medan elektromagnetik yang menandakan materi gelap tidak menyerap, memancarkan atau memantulkan radiasi elektromagnetik sehingga sulit terdeteksi.
Bukti utama dari materi gelap berasal dari perhitungan yang memperlihatkan jika banyak galaksi akan terbang secara terpisah atau tidak akan terbentuk atau tidak akan bergerak seperti yang dilakukan materi gelap dan tidak mengantung materi yang tidak terlihat dalam jumlah besar.
Sedangkan garis bukti lainnya termasuk pengamatan yang dilakukan dalam pelensaan gravitasi serta pada latar belakang gelombang mikro kosmik bersama dengan pengamatan astronomi dari struktur alam semesta yang bisa diamati, pembentukan serta evolusi galaksi, lokasi massa ketika tumbukan galaksi serta gerakan galaksi pada gugus galaksi.
B. Pembentukan Struktur Materi Gelap
Untuk pembentukan struktur materi gelap mengacu pada periode sesudah Big Bang pada saat gangguan kepadatan runtuh untuk membentuk galaksi, bintang serta kelompok. Sebelum pembentukan struktur, solusi Friedmann untuk relativitas umum menggambarkan jika alam semesta adalah homogen. Sedangkan untuk belakangan ini, anisotropi kecil secara bertahap mulai tumbuh serta memadatkan alam semesta homogen menjadi galaksi, bintang serta struktur yang lebih besar lagi.
Materi biasa dipengaruhi radiasi yakni elemen dominan alam semesta di masa awal. Ini mengakibatkan gangguan kepadatan hilang serta tidak bisa mengembun menjadi struktur. Apabila hanya ada materi biasa di alam semesta, maka tidak waktu tidak cukup waktu untuk gangguan kepadatan bisa berkembang menjadi gugus serta galaksi seperti yang bisa terlihat sekarang ini.
Materi gelap ini memberikan solusi untuk masalah ini sehingga tidak terpengaruh dengan gravitasi. Untuk itu, gangguan kepadatannya bisa tumbuh lebih dulu. Selain itu, potensial gravitasi yang dihasilkan berguna untuk sumur potensial menarik untuk materi biasa yang kemudian runtuh dan mempercepat proses terbentuknya struktur.
C. Deteksi Partikel Materi Gelap
Apabila materi gelap terdiri dari partikel sub atom, maka jutaan hingga milyaran partikel tersebut harus melewati setiap setimeter persegi bumi per detiknya. Banyak eksperimen yang bertujuan untuk menguji hipotesis tersebut dan meski WIMP merupakan kandidar pencarian terpopuler, akan tepi kandidat lain yakni partikel sektor tersembunyi berat yang hanya bisa berinteraksi dengan materi biasa lewat gravitasi.
Eksperimen tersebut bisa dibagi menjadi 2 kelas yakni eksperimen deteksi langsung yang mencari hamburan partikel materi gelap di inti atim dalam detektor dan juga deteksi tidak langsung untuk mencari produk dari pemusnahan atau peluruhan partikel materi gelap.
Pendekatan alternatif untuk mendeteksi materi gelap yang ada di alam adalah dengan memproduksi di laboratorium. Eksperimen dengan Large Hadron Collider atau LHC mungkin juga bisa digunakan untuk mendeteksi partikel materi gelap yang dihasilkan dari tumbukan berkas proton LHC.
Karena materi gelap haru punya interaksi yang bisa diabaikan dengan materi yang terlihat normal, maka materi gelap bisa terdeteksi secara tidak langsung sebagai energi serta momentum yang hilang dan lolos dari detektor asal produk tabrakan lain terdeteksi.
Batasan di materi gelap juga ada dari percobaan LEP memakai prinsip yang sama namun menyelidiki interaksi partikel materi gelap memakai elektron dan bukan quark. Setiap penemuan dari pencarian collider haruslah diperkuat dengan penemuan pada sektor deteksi tidak langsung atau langsung untuk membuktikan jika partikel yang sudah ditemukan merupakan materi gelap.
