Materi gelap memang tak pernah terlihat di foto teleskop. Namun pengaruh gravitasinya tertulis jelas di alam semesta: dari cara galaksi berputar, bagaimana gugusan galaksi terbentuk, hingga pola besar struktur kosmik.
Kini, sebuah riset baru menunjukkan kemungkinan yang lebih menarik. Jika partikel materi gelap sesekali saling bertabrakan, interaksi tersebut dapat mengubah struktur galaksi dari dalam—dan meninggalkan “sidik jari” kosmik yang suatu hari bisa diidentifikasi.
Lebih dari sekadar teori, para ilmuwan kini memiliki alat komputasi baru yang memungkinkan ide ini diuji dengan jauh lebih realistis.
**Konsep Materi Gelap yang Berinteraksi**
Selama ini, materi gelap umumnya dianggap hanya berinteraksi lewat gravitasi. Dalam model self-interacting dark matter (SIDM), gravitasi tetap menjadi aktor utama, tetapi ada tambahan penting: partikel materi gelap dapat saling bertabrakan, meski tetap tak berinteraksi dengan materi biasa.
Tabrakan ini bersifat elastis—energi total tetap terjaga—namun energi tersebut dapat berpindah dan terdistribusi ulang di dalam sebuah “halo” materi gelap.
“Materi gelap membentuk gumpalan yang relatif menyebar, tetapi masih jauh lebih padat dibandingkan kepadatan rata-rata alam semesta,” ujar James Gurian, peneliti pascadoktoral dan salah satu penulis studi ini. “Galaksi seperti Bima Sakti hidup di dalam halo materi gelap tersebut.”
Halo ini bukan sekadar selubung pasif. Ia berperan penting dalam menentukan bagaimana galaksi tumbuh, bergabung, dan mencapai kestabilan. Jika energi dapat berpindah melalui tabrakan antarpartikel materi gelap, struktur internal halo—terutama bagian intinya—bisa sangat berbeda dibandingkan skenario materi gelap tanpa interaksi.
**Fenomena Perpindahan Panas dalam Sistem Gravitasi**
Dalam sistem yang diikat oleh gravitasi, konsep “suhu” bekerja dengan cara yang tidak intuitif. Dalam kehidupan sehari-hari, kehilangan energi berarti mendingin. Namun pada sistem gravitasi, kehilangan energi justru bisa membuat bagian inti menjadi lebih panas.
Pada materi gelap yang saling berinteraksi, fenomena ini menjadi sangat relevan. Tabrakan memungkinkan energi berpindah dari satu bagian halo ke bagian lain. Dalam jangka panjang, aliran energi ini dapat mengubah struktur bagian dalam halo secara perlahan—bahkan memicu peristiwa ekstrem yang disebut gravothermal collapse.
“Materi gelap yang saling berinteraksi cenderung memindahkan energi ke arah luar halo,” jelas Gurian. “Akibatnya, bagian inti justru menjadi semakin panas dan padat seiring waktu.”
Alih-alih pusat halo yang stabil dan tenang, inti halo bisa berubah menjadi mesin evolusi yang aktif—dan dalam kondisi tertentu, berpotensi runtuh. Jika benar, proses ini bisa meninggalkan jejak struktural pada galaksi yang suatu hari dapat diamati oleh astronom.
**Hambatan Metode Simulasi Konvensional**
Masalahnya, ide sebaik apa pun membutuhkan simulasi yang tepat. Selama bertahun-tahun, para peneliti terjebak pada keterbatasan metode komputasi. Di satu sisi, ada simulasi N-body yang memodelkan materi gelap sebagai kumpulan partikel individual. Metode ini bekerja baik ketika kepadatan rendah dan tabrakan jarang terjadi.
Di sisi lain, ada pendekatan berbasis fluida yang menganggap materi gelap seperti medium kontinu—sangat efektif ketika kepadatan tinggi dan interaksi sering terjadi.
“Pendekatan N-body cocok untuk materi gelap yang jarang, sementara pendekatan fluida bekerja saat materi gelap sangat padat,” kata Gurian. “Masalahnya, halo galaksi nyata sering berada di tengah-tengah.”
Sebuah halo bisa menyebar secara keseluruhan, tetapi sangat padat di pusatnya. Inilah wilayah abu-abu yang paling menarik secara fisika—dan sekaligus paling sulit disimulasikan dengan metode lama.
**KISS-SIDM: Terobosan Komputasi Baru**
Untuk menjembatani celah tersebut, Gurian dan Simon May mengembangkan perangkat lunak baru bernama KISS-SIDM. Tujuannya sederhana namun ambisius: menangkap fisika penting SIDM di berbagai kondisi, tanpa memerlukan superkomputer.
“Dulu, untuk menguji parameter materi gelap yang berbeda, Anda harus memilih model yang sangat disederhanakan atau menjalankan simulasi mahal di klaster komputasi,” kata Gurian. “Sekarang, kode ini jauh lebih cepat dan bisa dijalankan di laptop.”
Ini penting karena SIDM bukan satu model tunggal, melainkan keluarga besar kemungkinan. Dengan alat yang ringan dan fleksibel, peneliti dapat mengeksplorasi lebih banyak skenario, menguji berbagai kekuatan interaksi, dan melihat dampaknya secara sistematis.
Kode ini juga dirilis secara terbuka, membuka peluang kolaborasi yang lebih luas dan mempercepat kemajuan riset di bidang ini.
**Relevansi dengan Anomali Galaksi**
Minat terhadap materi gelap yang saling berinteraksi meningkat seiring munculnya anomali skala kecil dalam pengamatan galaksi—fenomena yang terkadang sulit dijelaskan oleh model materi gelap tanpa interaksi.
“Ada ketertarikan besar pada model materi gelap yang berinteraksi, karena beberapa anomali pengamatan galaksi mungkin membutuhkan fisika baru di sektor gelap,” ujar Neal Dalal dari Perimeter Institute.
Menurut Dalal, kekuatan metode baru ini bukan pada pembuktian SIDM, melainkan pada kemampuannya untuk diuji secara serius. “Sebelumnya, simulasi struktur kosmik dengan interaksi signifikan hampir mustahil dilakukan secara akurat. Metode ini akhirnya memberikan solusi.”
**Kaitan dengan Pembentukan Lubang Hitam**
Salah satu pertanyaan paling menggoda adalah apa yang terjadi jika gravothermal collapse berlanjut terlalu jauh. Apakah inti materi gelap yang runtuh bisa berkontribusi pada pembentukan lubang hitam, atau setidaknya meninggalkan jejak observasional yang ekstrem?
Studi ini belum memberikan jawaban pasti. Namun justru di situlah arah riset selanjutnya. “Pertanyaan mendasarnya adalah: apa titik akhir dari proses runtuh ini?” kata Gurian. “Itulah yang benar-benar ingin
Sumber: Kompas.com
Buku Terkait:
Pergulatan Transisi Energi Berkeadilan: Satu Isu Beragam Dilema
Perencanaan Pembangunan, Keuangan, dan Transisi Energi Daerah