EFEK DARK MATTER TERHADAP EKSPANSI ALAM SEMESTA

EFEK DARK MATTER TERHADAP EKSPANSI ALAM SEMESTA Marthen Wayong Nim.451409087 Program Studi S1 Pendidikan Geografi Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Gorontalo 2013

Pembimbing : 1. Muhammad Yusuf, S.Si, M.Si 2. Ahmad Zainuri, S.Pd, MT

Marthen Wayong (2013). Efek Dark Matter Terhadap Ekspansi Alam Semesta Efek Dark Matter di alam semesta, dengan melalui penelusuran literatur ilmiah yang relevan sehingga mendapatkan hasil berupa teoritis yang membahas tentang efek Dark Matter terhadap ekspansi alam semesta. Penelitian ini menggunakan kajian pustaka, dimana rujukan yang digunakan berupa jurnal-jurnal ilmiah yang diakses melalui internet.Dark Matter merupakan materi gelap yang sulit mendeteksinya dialam semesta, karena materi ini tidak dapat berinteraksi dengan gelombang elektromagnetik yang dipancarkan. Akan tetapi keberadaan dark matter bisa terungkap melalui gravitasi yang dihasilkan oleh dark matter itu sendiri, dimana dark matter di alam semesta terdapat sebanyak 25%. Dark Matter ini tersebar dialam semesta terutama banyak tersebar di galaksi dan Dark Matter juga dapat menentukan nasib alam semesta kita apakah terbuka, tertutup atau datar.

Page 1

PENDAHULUAN LATAR BELAKANG Alam semesta yang kita pijaki sekarang bukanlah alam semesta yang bersifat statis, akan tetapi alam semesta ini bersifat dinamis, selalu berubah beriring dengan waktu. Berdasarkan hasil pengamatan para ilmuan, bahwa alam semesta kita terus mengembang. Sehingga para astronomi dan ilmuan berusaha menjelaskan mengapa alam semesta terus mengembang. Alam Semesta mengembang secara aseleratif karena momentum dari dentuman besar. Setelah sejumlah besar energi berubah menjadi benda bermassa, maka lahirlah gaya gravitasi yang menarik benda-benda bermassa lainnya. Aselerasi pengembangan harusnya menjadi berkurang karena dilawan oleh gaya gravitasi. Seiring dengan waktu semakin banyak massa terbentuk, gaya gravitasi makin besar dan seharusnya pada satu titik aselerasi berubah menjadi deselerasi (perlambatan) artinya Alam Semesta menyusut, menyusut, dan kembali menjadi satu titik seperti sedia kala (Perlmutter, 2011) Akan tetapi dari hasil pengamatan terhadap supernova tipe 1a yang menunjukan bahwa ekspansi alam semesta mengalami percepatan. Hal ini menimbulkan pertanyaan besar bagi para ilmuan, siapa yang mendorong ataukah ada sesuatu yang menarik dari luar Alam Semesta sehingga gaya gravitasi yang begitu perkasa takluk yang membuat alam semesta terus mengembang? (Perlmutter, 2011) Pada tahun 1933 seorang astronom Swiss Frits Zwicky mempelajari Kluster Koma dan mendapati bahwa kecepatan orbit galaksi-galaksi pada sisi terluar kluster ini lebih cepat daripada perhitungan distribusi massa yang didapat dari pengamatan intensitas kluster. Perhitungan Zwicky yang berdasarkan pergerakan kluster memberikan angka bahwa Kluster Coma lebih massif 400 kali dari pada perhitungan berdasarkan intensitas cahaya. Permasalahan adanya massa yang hilang ini oleh Zwicky dipostulatkan bahwa ada materi yang luput dari pengamatan para astronom, materi tersebut tidak meradiasikan cahaya.

Page 2

Sehingga dari hasil studi cluster galaksinya,Frits menemukan adanya materi gelap atau dark matter dialam semesta.( Pretzl 2000 ; 3) Oleh karena Dark Matter di alam semesta turut menyumbang dalam ekspansi alam semesta ini, maka dalam penelitian ini penulis ingin meneliti efek dari dark matter terhadap ekspansi alam semesta itu sendiri. KAJIAN TEORITIS Edwin P Hubble terkenal untuk penemuan hubungan jarak dan kecepatan radial galaksi.(Bagla 2009 : 216). Di tahun 1920-an, Edwin P. Hubble menemukan bahwa galaksi semua bergerak dari Bima Sakti (dan Kelompok lokal). Bukan hanya itu, semakin jauh ia mengamati, semakin cepat galaksi surut. Ia menemukan hubungan yang sekarang dikenal sebagai Hukum Hubble: kecepatan recessional suatu galaksi sebanding dengan jarak dari kami. Persamaan yang terlihat seperti ini: v = Ho * d

(1)

Di mana v adalah kecepatan galaxy (dalam km/sec), d adalah jarak ke galaksi (Megaparsec; 1 Mpc = 1 juta parsec), dan Ho proporsionalitas konstan, yang disebut "Konstan Hubble." Persamaan ini memberitahu kita bahwa galaksi bergerak menjahui kita dua kali lebih cepat, galaksi lain akan menjadi dua kali lebih jauh. Kostanta Hubble adalah salah satu angka yang paling penting Dalam kosmologi karena dibutuhkan untuk memperkirakan ukuran dan umur alam semesta. Angka ini lama dicari menunjukkan tingkat di mana alam semesta adalah mengembang, dari primordial "Big Bang". Konstan Hubble dapat digunakan untuk menentukan intrinsik kecerahan dan massa bintang di galaksi dekatnya, banyak orang yang meneliti lebih jauh di kluster galaksi, menyimpulkan jumlah materi gelap yang hadir dalam alam semesta, mendapatkan ukuran skala gugusan galaksi jauh, dan berfungsi sebagai tes untuk teoritis kosmologi model. (Wilson 1996 :3 ) Galaksi elips yang halus, dua bintang yang bertumpukan merupakan salah satu struktur yang ditemukan digalaksi spiral. Mereka tidak ada disk, tidak mempunyai struktur

Page 3

spiral dan hanya sejumlah kecil gas dan debu. Akibatnya tidak ada gejala jelas dalam pembentukan bintang-bintang: tidak ada gugus bintang muda. Mereka adalah sistem galaksi yang paling sederhana terdiri dari hanya satu komponen, relatif cerah di pusat tetapi memudar dengan cepat dengan meningkatnya radius. Galaksi elips banyak ditemukan di daerah yang lebih padat pada alam semesta, dari kelompok yang kaya gumpalan untuk kelompok-kelompok kecil; benar-benar relatif jarang terisolasi ellipticals. Galaksi elips paling bercahaya di antara galaksi- galaksi yang paling terang yang kita tahu. Materi gelap dan energi gelap diyakini sebagian besar berada di alam semesta. Sejauh ini, itu tidak langsung terlacak, tidak dapat dilihat dan gagal untuk memancarkan radiasi elektromagnetik yang bisa mendeteksi. Kami percaya ada hal yang gelap karena dari gerak bintang, galaksi, dan gugusan galaksi, tetapi ada alternatif seperti dimodifikasi Newtonian dinamika. Dengan mengukur kecepatan objek-objek astronomi ini, kita tahu bahwa massa harus cukup untuk menjaga bintang, galaksi atau kluster galaksi dari tecerai berai. Dalam hal pengukuran kecepatan skala besar, jumlah materi-materi barion atau bercahaya adalah hanya sebagian kecil dari total massa diperlukan untuk menjaga objek bersama-sama. Ini massa yang hilang karena itu disebut sebagai materi gelap. Awal tahun 1933, pengamatan pada gugusan-gugusan galaksi menunjukkan bahwa kecepatan di beberapa komponen yang mengorbit pusat terlihat jauh lebih tinggi dari pada perkiraan massa akan memungkinkan pada kenyataannya, untuk

beberapa perkiraan

jumlah massa di dalam cluster diperlukan untuk menjadi 400 kali lebih besar. Ini dikenal sebagai "hilang massa" masalah. Selama tahun 1920-an friedman menunjukkan bahwa persamaan medan enstain memiliki solusi untuk alam semesta yang mengembang yang sangat dekat dengan persamaan 'newton cannon ball'. Persamaan hampir dibedakan dari keseimbangan energi newton. Friedmann setara.

2GM R    k  R

(2)

Page 4

Diman M adalah massa total alam semesta dan R jari-jari radius keseluruhan (tidak ada bagian yang diamati). R = dR/dt adalah ‘kecepatan’ ekspansi dan k adalah ‘kelengkungan skalar’, memilih antara alam semesta terbuka, datar dan tertutup Metode Penelitian Waktu Dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan di ruang Kk Fisika Teori, melalui kajian pustaka dengan studi literature, yang membahas : studi teoritis tentang alam semesta mengembang dan dark matter serta persamaan Friedmann HASIL DAN PEMBAHASAN Ekspansi Alam Semesta Ekspansi alam semesta adalah dimana alam semesta mengalami pengembangan atau perluasan. Banyak teori serta bukti yang menyatakan alam semesta itu mengembang. Pada tahun 1922 fisikawan Rusia Alexander Friedmann meramalkan alam semesta memuai atau mengalami ekspansi. Menurut friedman galaksi-galaksi juga bergerak kesamping tetapi dengan kecepatan rendah. Hal inilah yang disebut dengan alam semesta mengembang. (Andrew Liddle 2003;18) Primodial alam semesta mengembang atau memuai berawal dari suatu ledakan besar yang disebut dengan big bang dengan suhu yang sangat panas dan padat, yang kemudian mencapai kondisi seperti sekarang dimana alam semesta tidak panas seperti dulu dan semakin luas. Pembuktian bahwa jagat raya mengalami ekspansi bisa dilakukan dengan menggunakan efek Doppler. Frekwensi yang berbeda pada cahaya akan menghasilkan warna yang berbeda pula, frekwensi rendah muncul pada ujung merah, frekwensi tinggi pada ujung biru spectra. Jadi bintang menjahui kita, spektrumnya bergeser ka ujung spectra merah sedangkan bintang yang mendekati kita menunjukan pergeseran biru. Derajat pergeseran ke sisi merah dan ke sisi biru menunjukan laju gerakannya. Para astronom

Page 5

menemukan katrakter bintang-bintang galaksi bima sakti bergeser ke ujung merah ini menunjukkan galaksi menjauh dan berekspansi. (Andrew liddle 2003; 9) Efek Dark Matter Dalam astronomi Dark Matter adalah materi yang tidak memancarkan atau memantulkan radiasi elektromagnetik lain atau cahaya, sehingga tidak dapat langsung dideteksi melalui astronomi optic atau radio. Dark matter dikemukakan pertama kali oleh astrofisikawan Frits Zwisky pada tahun 1993, dengan menerapakan teorema virial pada gugus galaksi koma dan menemui adanya massa yang tak terlihat. Dengan memperhitungkan total massa dari galaksi-galaksi yang tampak seharusnya tidak mencapai sebesar hasil perhitungan, dipastikan pasti ada materi tambahan yang menyebabkan hal ini terjadi. Dari hasil pengamatannya Frits Zwisky menyimpulkan bahwa terdapat materi yang tak terlihat yang menopang gugus ini melalui interaksi gravitasi dan memberikan kontribusi pada massa totalnya.(Pretzl 2000 ; 4) Para astronomi banyak melakukan hipotesis pada gugus galaksi, untuk mencari serta membuktikan adanya materi gelap dialam semesta. Pengamatan terhadap Dark Matter ini dilakukan dengan mengamati efek gravitasi yang dialami oleh materi yang terlihat dan lensa gravitasi latar belakang. Di galaksi Dark Matter terkosentrasi pada bagian halo yang berada diluar piringan galaksi, yang menyebabkan materi tampak yang berada ditepi piringan galaksi memiliki kecepatan orbit yang tetap atau bahkan mengalami percepatan, tidak seperti yang dijelaskan oleh dinamika Keplerian bahwa kecepatan orbit galaksi mengalami penurunan berdasarkan jarak dari pusat galaksi (marissa cevallos 2004: 1).

Page 6

Meskipun Dark Matter dialam semesta hanya 25%, akan tetapi sangat berperan dalam sebagian besar evolusi dari galaksi dan kluster serta mempercepat laju rotasi galaksi. Dark Matter ini juga dapat berinteraksi dengan materi lain melalui gravitasi, serta dengan adanya gravitasi dari Dark Matter ini sehingga galaksi-galaksi yang berada dalam cluster tidak mudah terceri berai. Para ahli astronomi berpendapat bahwa gravitasi dari Dark Matter dan materi biasa dapat memperlambat ekspansi alam semesta, akan tetapi kekuatan gravitasi dari Dark Matter belum mampu melawan besarnya energy yang membuat alam semesta terus mengembang. Jadi sepanjang Dark Energy dialam semesta lebih banyak dibandingkan dengan Dark Matter dan materi normal, maka alam semesta akan terus berekspansi. Dan apabila beberapa tahun kemudian Dark Matter dialam semesta lebih besar dibanding dengan Dark Energy, maka ekspansi alam semesta akan melambat. PENUTUP Kesimpulan Dari hasil pembahasan diatas penulis dapat menyimpulkan, bahwa : 1. Dark Matter merupakan materi yang tidak memancarkan atau memantulkan radiasi elektromagnetik lain atau cahaya 2. Dark matter tersebar dialam semesta dengan komposisi 25 %. 3. Dark matter dialam semsta berfungsi sebagai pembentuk struktur galaksi, serta dapat mempercepat laju rotasi galaksi serta grafitasi yang dihasilkan oleh dark matter dapat menjaga galaksi agar tidak tercerai berai. 4. Dark matter dilalm semsta mempunyai efek dalam ekspansi yaitu dapat memperlambat ekspansi alam semesta.

Saran Dari pembahasan serta kesimpulan diatas bahwa gravitasi dari Dark Matter dapat mempengaruhi ekspansi alam semesta, karena Dark Matter di alam semesta ini penting untuk dikaji guna mengetahui nasib alam semesta kita nanti, oleh karena itu penelitian ini

Page 7

masih perlu dilakukan penelitian lanjutan dengan mempelajari sifat-sifat dari Dark Matter, dengan menggunakan referensi ilmiah yang memadai. Daftar Pustaka Anonim.2006.The Friedmann Equation. copyright2006 www.einsteins-theory-of-relativity4engineers.com Archive Wilson Mt.1996. The Hubble Law An Introductory Astronomy Lab. hubblelaw_students2.doc Bagla J S.2009. Hubble, Hubble’s Law and the Expanding Universe. haris-chandra research is institute Allahabad Cevallos Marissa.2004.Distribution And Detectability Of Dark Matter In The Present Universe. Research Science Institute Davies L roger.2006. Elliptical Galaxies. Institute of Physics Publishing Bristol and PhiladelphiaDOI: 10.1888/0333750888/1672© IOP Publishing Ltd 2006 SBN: 0333 750888 Gehrels Tom.2009.The Physics And Identity Of Dark Matter. Space Sciences Building, University of Arizona, Tucson, AZ 85721-0092 Hadley J Mark.2007.Classical Dark Matter. Department of Physics, University of Warwick, Coventry CV4 7AL, UK.

arXiv:gr-qc/0701100v1 17 Jan 2007

Hasan Nailul.2011.Dark Matter. http://nailulhasan.blogspot.com/2011/10/materi-gelapdark-matter Liddle Andrew.2003.An Introduction To Modern Cosmology. Univessity of Sussex Mickle E Ronald.2008. The Search For Dark Matter Using Gravitational Lensing. Denver, Colorado 80005 ©2008 Ronald E. Mickle Pertlmutter saul.2003. Supernovae, Dark Energy, and the Accelerating Universe. © 2003 American Institute of Physics, S-0031-9228-0304-030-4 Pretzl Klaus.2000.In Search Of Dark Matter In The Universe. SPATIUM Published by the Association Pro ISSI twice a year

Page 8

Rubin Vera.1998. Dark Matter In The Universe . Scientific American Presents.Copyright 1998 Scientific American, Inc. Verley at al.2007.The Amiga Sample Of Isolated Galaxies. Astronomy & Astrophysics A&A 462, 507–523 (2007) DOI: 10.1051/0004-6361:20066144c_ ESO 2007

Page 9