Alam semesta kita sangat luas, sebagian besar misterius, dan umumnya membingungkan. Kami dikelilingi oleh pertanyaan membingungkan pada skala baik besar maupun kecil. Kami memiliki beberapa jawaban, pasti, seperti Model Standar fisika partikel, yang membantu kami (setidaknya, fisikawan) memahami interaksi sub-atomik mendasar, dan teori Big Bang tentang bagaimana alam semesta dimulai, yang menjalin bersama cerita kosmik di masa lalu 13,8 miliar tahun.
Namun terlepas dari keberhasilan model ini, kami masih memiliki banyak pekerjaan yang harus dilakukan. Sebagai contoh, apa yang ada di dunia adalah energi gelap, nama yang kita berikan kepada kekuatan pendorong di belakang percepatan ekspansi alam semesta yang diamati? Dan pada ujung skala yang berlawanan, apa sebenarnya neutrino, partikel-partikel kecil yang menyeruak dan memperbesar melalui kosmos tanpa sulit berinteraksi dengan apa pun?
Pada pandangan pertama, kedua pertanyaan ini tampak sangat berbeda dalam hal skala dan sifat dan, yah, segala sesuatu yang kita anggap perlu kita jawab.
Tapi mungkin saja satu percobaan bisa mengungkapkan jawaban untuk keduanya. Sebuah teleskop Badan Antariksa Eropa diatur untuk memetakan alam semesta yang gelap - tampak sejauh ini, sekitar 10 miliar tahun, ketika energi gelap diperkirakan telah mengamuk. Mari kita gali.
Pergi besar dan pulang
Untuk menggali, kita perlu melihat ke atas. Jalan sampai. Pada skala yang jauh, jauh lebih besar dari galaksi (kita berbicara miliaran tahun cahaya, saudara-saudara), di mana alam semesta kita menyerupai jaring laba-laba yang besar dan bercahaya. Kecuali, jaring laba-laba ini tidak terbuat dari sutra, tetapi dari galaksi. Sulur-sulur galaksi yang panjang dan tipis menghubungkan simpul-simpul padat dan rumpun. Simpul-simpul itu adalah gugusan, kota-kota galaksi yang ramai dan gas panas yang kaya - tembok besar yang sangat luas dari ribuan galaksi. Dan di antara struktur-struktur ini, yang mengambil sebagian besar volume di alam semesta, adalah kekosongan kosmik yang besar, gurun pasir yang dipenuhi banyak hal.
Ini disebut web kosmik, dan itu adalah hal terbesar di alam semesta.
Jaring kosmik ini secara perlahan dibangun selama miliaran tahun oleh kekuatan terlemah di alam: gravitasi. Jauh ketika alam semesta adalah bagian terkecil dari ukurannya saat ini, ia hampir seragam sempurna. Tetapi "hampir" penting di sini: Ada variasi kecil dalam kepadatan dari satu tempat ke tempat, dengan beberapa sudut alam semesta menjadi sedikit lebih ramai daripada rata-rata dan yang lain kurang begitu.
Seiring waktu, gravitasi dapat melakukan hal-hal menakjubkan. Dalam kasus jaring kosmik kita, daerah padat yang sedikit lebih tinggi dari rata-rata memiliki gravitasi yang sedikit lebih kuat, menarik lingkungan mereka kepada mereka, yang membuat gumpalan itu lebih menarik, yang menarik lebih banyak tetangga, dan seterusnya dan begitu seterusnya.
Maju cepat proses ini satu miliar tahun, dan Anda telah mengembangkan web kosmik Anda sendiri.
Resep universal
Itulah gambaran umum: Untuk membuat jaring kosmik, Anda memerlukan "barang", dan Anda perlu gravitasi. Namun yang menjadi sangat menarik adalah detailnya, terutama detail barangnya.
Berbagai jenis materi akan menggumpal dan membentuk struktur secara berbeda. Beberapa jenis masalah mungkin mengacaukan diri mereka sendiri, atau perlu menghilangkan panas berlebih sebelum mereka bisa mengental, sementara yang lain mungkin dengan mudah bergabung dengan partai terdekat. Jenis-jenis materi tertentu bergerak cukup lambat sehingga gravitasi dapat secara efisien melakukan tugasnya, sementara jenis materi lainnya sangat cepat dan gesit sehingga gravitasi hampir tidak bisa mendapatkan tangan lemahnya.
Singkatnya, jika Anda mengubah bahan-bahan alam semesta, Anda mendapatkan jaring kosmik yang berbeda. Dalam satu skenario, mungkin ada lebih banyak kluster kaya dan lebih sedikit rongga kosong dibandingkan dengan skenario lain, di mana rongga benar-benar mendominasi awal dalam sejarah kosmos, tanpa kluster terbentuk sama sekali.
Salah satu bahan yang sangat menarik adalah neutrino, partikel hantu yang disebutkan sebelumnya. Karena neutrino sangat ringan, ia bergerak hampir dengan kecepatan cahaya. Ini memiliki efek "menghaluskan" struktur di alam semesta: Gravitasi tidak bisa melakukan tugasnya dan menarik neutrino ke dalam bola-bola kecil yang ringkas. Jadi, jika Anda menambahkan terlalu banyak neutrino ke alam semesta, hal-hal seperti seluruh galaksi pada akhirnya tidak dapat terbentuk di alam semesta awal.
Masalah kecil, solusi besar
Ini berarti bahwa kita dapat menggunakan jaring kosmik itu sendiri sebagai laboratorium fisika raksasa untuk mempelajari neutrino. Dengan memeriksa struktur jaring dan memecahnya menjadi berbagai bagiannya (kelompok, lubang, dan sebagainya), kita dapat secara mengejutkan menangani langsung neutrino.
Hanya ada satu masalah yang mengganggu: Neutrino bukan satu-satunya bahan di alam semesta. Salah satu faktor perancu utama adalah kehadiran energi gelap, kekuatan misterius yang merobek alam semesta kita. Dan seperti yang Anda duga, ini memengaruhi web kosmik secara besar-besaran. Agak sulit untuk membangun struktur besar di alam semesta yang berkembang pesat, setelah semua. Dan jika Anda hanya melihat satu bagian dari jaringan kosmik (katakanlah, misalnya, gugusan galaksi), maka Anda mungkin tidak memiliki informasi yang cukup untuk mengetahui perbedaan antara efek neutrino dan efek energi gelap - keduanya menghambat penggumpalan " barang."
Dalam sebuah makalah baru-baru ini yang diterbitkan secara online di jurnal pracetak arXiv, para astronom menjelaskan bagaimana survei galaksi yang akan datang, seperti misi Euclid dari Badan Antariksa Eropa, akan membantu mengungkap sifat neutrino dan energi gelap. Satelit Euclid akan memetakan lokasi jutaan galaksi, melukis potret web kosmik yang sangat luas. Dan di dalam struktur itu terdapat petunjuk tentang sejarah alam semesta kita, masa lalu yang tergantung pada bahan-bahannya, seperti neutrino dan energi gelap.
Dengan melihat kombinasi tempat tersibuk dan tersibuk di alam semesta (gugusan galaksi) dan tempat paling sepi dan paling kosong di kosmos (lubang), kita bisa mendapatkan jawaban tentang sifat energi gelap (yang akan menandai era) pengetahuan fisika baru) dan sifat neutrino (yang akan melakukan hal yang sama persis). Kita mungkin belajar, misalnya, bahwa energi gelap semakin memburuk, atau menjadi lebih baik, atau bahkan mungkin sama saja. Dan kita mungkin belajar seberapa besar neutrino atau berapa banyak neutrino melayang di sekitar alam semesta. Tetapi bagaimanapun caranya, sulit untuk mengatakan apa yang akan kita dapatkan sampai kita benar-benar melihat.
Paul M. Sutter adalah seorang astrofisikawan di Universitas Negeri Ohio, tuan rumah dari Tanya seorang angkasawan dan Radio luar angkasa, dan penulis Tempat Anda di Alam Semesta.
