- Galaksi dan gugus galaksi bergerak lebih cepat dari yang seharusnya. Itu sebabnya para ilmuwan mengusulkan materi gelap: zat tak kasat mata yang massanya akan menambah tarikan gravitasi ekstra. Namun… kita belum pernah mendeteksi materi gelap secara langsung.
- Lalu bagaimana jika hukum gravitasi yang kita kenal tidak berlaku di ruang angkasa? Sebuah teori – yang disebut MOND, atau Modified Newtonian Dynamics – menyatakan bahwa gravitasi berperilaku berbeda dalam jarak yang sangat jauh.
- Sekarang, dengan mengukur gravitasi ratusan juta tahun cahayasebuah studi baru menunjukkan bahwa ia berperilaku sama pada skala kosmik dan di dekat rumah. Tampaknya berperilaku seperti yang ditemukan Isaac Newton dan Albert Einstein.
- Studi baru ini memperkuat argumen tentang materi gelap yang tak terlihat ada dalam jumlah besar di ruang angkasa.
Kisah ini berasal dari University of Pennsylvania. Disunting oleh EarthSky.
Berita sains, peristiwa langit malam, dan foto-foto indah, semuanya ada di satu tempat. Klik di sini untuk berlangganan buletin harian gratis kami.
Gravitasi bekerja di seluruh alam semesta
Gravitasi, seperti yang dijelaskan oleh Isaac Newton, adalah gaya familiar yang menarik sebuah apel yang jatuh ke arah Bumi.
Atau, seperti dijelaskan oleh Albert Einstein, gravitasi adalah properti struktur ruang-waktu. Semakin besar gravitasi, semakin banyak kurva ruang-waktu.
Selama beberapa dekade, para kosmolog bertanya-tanya apakah hukum gravitasi – seperti yang dijelaskan oleh Newton dan Einstein – berlaku di mana pun di ruang angkasa. Pengamatan membingungkan terhadap galaksi yang bergerak sangat cepat telah memaksa ahli kosmologi seperti Patricio A. Gallardo dari Universitas Pennsylvania untuk meninjau kembali dasar-dasar fisika. Misalnya, para ilmuwan ini menyelidiki apakah hukum gravitasi seperti yang dijelaskan oleh Isaac Newton pada tahun 1600an dan Albert Einstein pada awal tahun 1900an benar-benar berlaku di mana pun. Gallardo berkata:
Astrofisika telah diganggu oleh kesenjangan besar dalam buku besar kosmik. Saat kita melihat bagaimana bintang mengorbit di dalam galaksi atau bagaimana galaksi bergerak di dalam gugus galaksi, beberapa di antaranya tampaknya bergerak terlalu cepat dibandingkan dengan jumlah materi tampak yang dikandungnya.
Ketidaksesuaian ini memaksa kita untuk memilih antara dua kesimpulan radikal. Jadi menurut Gallardo:
Entah alam semesta mengandung konsentrasi ‘materi gelap’ masif yang tak terlihat dan memberikan tarikan gravitasi ekstra, atau persamaan fundamental gravitasi perlu dimodifikasi.
Jadi Gallardo dan timnya berusaha menjawab pertanyaan: apakah hukum gravitasi seperti yang dijelaskan oleh Newton dan Einstein berlaku pada jarak kosmik? Penelitian terbaru mereka menunjukkan jawabannya adalah ya.
Menguji gravitasi di seluruh gugus galaksi
Para peneliti melakukan observasi dengan Atacama Cosmology Telescope (ACT), sebuah teleskop yang sebagian besar dikembangkan oleh peneliti Penn yang dipimpin oleh Mark Devlin. Gallardo dan kolaboratornya menguji gravitasi di seluruh gugus galaksi yang terpisah ratusan juta tahun cahaya.
Temuan mereka dipublikasikan di jurnal peer-review Surat Tinjauan Fisik pada tanggal 15 April 2026, menunjukkan bahwa kekuatan gravitasi melemah seiring dengan bertambahnya jarak. Dan hasil tersebut hampir persis seperti yang diperkirakan oleh persamaan yang dikembangkan oleh Newton dan kemudian dimasukkan ke dalam teori relativitas umum Einstein. Gallardo berkata:
Sungguh luar biasa bahwa hukum kebalikan dari kuadrat – yang diusulkan oleh Newton pada abad ke-17 dan kemudian dimasukkan ke dalam teori relativitas umum Einstein – masih berlaku hingga abad ke-21.
Konfirmasi bahwa gravitasi berperilaku seperti yang diperkirakan oleh teori yang ada pada jarak ekstragalaksi yang sangat jauh memperkuat pilar fundamental ilmu pengetahuan modern. Gallardo menjelaskan:
Dengan menunjukkan bahwa teori fundamental gravitasi tidak terpecah pada skala terbesar, data tersebut secara efektif menutup pintu bagi sekelompok teori seperti Modified Newtonian Dynamics (MOND), yang berupaya menjelaskan gerakan kosmik dengan memodifikasi hukum gravitasi.
Ketika Newton mengusulkan hubungan kuadrat terbalik, yang menyatakan bahwa gravitasi melemah sebanding dengan kuadrat jarak antar benda, perhatian utamanya adalah mendeskripsikan pergerakan benda di tata surya. Prinsip yang sama kini telah diuji pada massa dan jarak yang tidak terbayangkan pada zaman Newton.
Memahami alam semesta batas kecepatan
Galaksi-galaksi di alam semesta – yang jumlahnya lebih dari 200 miliar – tidak bergerak sesuai dengan yang ditentukan oleh gravitasi.
Mengikuti logika Newton, bintang yang jauh dari pusat galaksi seharusnya mengorbit lebih lambat. Sebaliknya, para astronom melihat hal sebaliknya. Daerah terluar bergerak lebih cepat daripada yang dapat diperkirakan oleh materi kasat mata. Ketidaksesuaian yang sama juga terjadi pada gugus galaksi, dimana seluruh galaksi bergerak terlalu cepat dibandingkan massanya.
Gallardo menjelaskan:
Itulah teka-teki utamanya. Entah gravitasi berperilaku berbeda pada skala yang sangat besar, atau alam semesta mengandung materi tambahan yang tidak dapat kita lihat secara langsung.
Menguji gravitasi melintasi kosmos
Untuk mengujinya, para peneliti beralih ke pengamatan ACT terhadap cahaya yang dilepaskan sekitar 380.000 tahun setelah Big Bang. Ia telah melakukan perjalanan melintasi alam semesta sejak saat itu. Ini dikenal sebagai latar belakang gelombang mikro kosmik.
Saat cahaya kuno ini melewati gugusan galaksi masif, cahaya tersebut sedikit diubah oleh gerakannya. Dan ia meninggalkan jejak samar yang dapat dideteksi oleh para astronom. Dengan membaca distorsi ini dan mengukur gerakan ini di ratusan ribu cluster yang dipisahkan oleh puluhan juta tahun cahaya, para peneliti menentukan seberapa kuat gravitasi menarik struktur terbesar di kosmos. Jika teori gravitasi yang dimodifikasi seperti MOND benar, maka pengukuran akan mengungkap penurunan gravitasi yang lebih datar.
Sebaliknya, hasilnya hampir sama persis dengan teori Newton dan Einstein.
Karena prediksi tersebut berlaku, masalah massa yang hilang tidak dapat dijelaskan dengan perubahan gravitasi itu sendiri. Hal ini memperkuat dugaan bahwa ada komponen tak terlihat – materi gelap – yang memberikan tarikan ekstra.
Misteri materi gelap
Memahami materi gelap masih menjadi salah satu tantangan terbesar dalam fisika modern. Menurut Gallardo:
Studi ini memperkuat bukti bahwa alam semesta mengandung komponen materi gelap. Tapi kita masih belum tahu terbuat dari apa komponen itu.
Pengamatan latar belakang gelombang mikro kosmik dan survei galaksi yang lebih besar di masa depan akan memungkinkan fisikawan dan astronom menguji gravitasi dengan lebih tepat.
Gallardo menyimpulkan:
Dengan banyaknya pertanyaan yang belum terjawab, gravitasi tetap menjadi salah satu bidang penelitian yang paling menarik. Ini adalah bidang yang menarik secara alami.
Intinya: Hukum gravitasi Newton dan Einstein berlaku di seluruh struktur terbesar di alam semesta. Bukti baru ini memperkuat argumen mengenai materi gelap.
Sumber: Uji Hukum Gaya Gravitasi pada Skala Kosmologis Menggunakan Efek Kinematik Sunyaev-Zeldovich
Melalui Universitas Pennsylvania
