Model Baru Mengungkap Pemisahan Materi Gelap Ultra-Relativistik di Alam Semesta Awal

Pada Januari 2026, jurnal ilmiah terkemuka Physical Review Letters menerbitkan sebuah karya ilmiah yang meninjau kembali konsep kosmologis mengenai proses pembentukan materi gelap. Para peneliti yang berasal dari University of Minnesota Twin Cities dan University Paris-Saclay mempresentasikan sebuah model inovatif yang menunjukkan bahwa materi gelap mungkin telah memisahkan diri dari alam semesta awal dalam kondisi ultra-relativistik atau fase 'sangat panas'. Meskipun demikian, materi tersebut tetap mampu mendingin hingga mencapai suhu yang diperlukan untuk mendukung pembentukan materi gelap dingin yang stabil.

Studi ini memberikan tantangan terhadap postulat yang sudah mapan bahwa materi gelap harus berada dalam kondisi dingin pada saat fase 'pembekuan' di era pemanasan ulang pasca-inflasi. Secara historis, teori materi gelap dingin dianggap mutlak karena materi gelap panas, seperti neutrino dengan massa rendah, diketahui dapat menekan pembentukan struktur skala besar di alam semesta. Profesor Keith Olive dari University of Minnesota telah berulang kali menyoroti batasan ini, yang berkaitan dengan bagaimana evolusi struktural kosmik dapat terhambat oleh suhu partikel yang terlalu tinggi.

Steven Henrich, penulis utama sekaligus mahasiswa pascasarjana di School of Physics and Astronomy, University of Minnesota, mengklarifikasi bahwa meskipun materi gelap harus bersifat dingin untuk proses pembentukan struktur gravitasi, penelitian terbaru ini membantah persyaratan bahwa ia harus sudah dingin sejak awal pemisahannya di alam semesta primordial. Tim tersebut melakukan analisis mendalam terhadap mekanisme produksi materi gelap pada periode energi tinggi setelah inflasi. Mereka berhasil membuktikan bahwa pemisahan ultra-relativistik memberikan waktu yang cukup bagi materi gelap untuk mendingin sebelum dimulainya pembentukan struktur kosmik, sehingga tetap selaras dengan batasan observasi yang berlaku saat ini.

Rekan penulis studi ini, Profesor Yann Mambrini dari University Paris-Saclay, menyatakan bahwa penelitian ini membuka jendela baru untuk mengeksplorasi sejarah alam semesta yang sangat dekat dengan momen Dentuman Besar, dengan menghubungkan karakteristik materi gelap langsung ke fisika pemanasan ulang. Data teoritis menunjukkan bahwa materi gelap dengan massa melebihi beberapa ribu elektronvolt akan memiliki waktu untuk mendingin hingga sekitar satu elektronvolt pada saat pertumbuhan struktur kosmik dimulai. Hal ini sesuai dengan batasan ketat dari survei galaksi dan pengukuran radiasi latar belakang kosmik, sekaligus memperluas cakupan parameter untuk berbagai model materi gelap, termasuk WIMP dan FIMP.

Pencapaian teoritis yang didukung oleh program Horizon 2020 Uni Eropa di bawah hibah Marie Skłodowska-Curie ini kini menantikan pembuktian empiris lebih lanjut. Para peneliti telah merencanakan berbagai pengujian di masa depan dengan memanfaatkan akselerator partikel, eksperimen hamburan di laboratorium bawah tanah, serta pemantauan melalui wahana astrofisika untuk memvalidasi hipotesis pemisahan ultra-relativistik tersebut. Penelitian ini menawarkan perspektif yang lebih dinamis mengenai alam semesta awal, di mana fase pemanasan ulang yang turbulen ternyata memiliki pengaruh yang jauh lebih besar dalam menentukan sifat akhir materi gelap dibandingkan asumsi-asumsi sebelumnya.