Model standard kosmologi memberitahu kita bahawa hanya 4.9% Alam Semesta terdiri dari bahan biasa (iaitu yang dapat kita lihat), sementara selebihnya terdiri daripada 26.8% jirim gelap dan 68.3% tenaga gelap. Seperti namanya, kita tidak dapat melihatnya, jadi keberadaannya harus disimpulkan berdasarkan model teoritis, pengamatan struktur skala besar Alam Semesta, dan kesan gravitasi yang jelas pada materi yang dapat dilihat.
Sejak pertama kali diusulkan, tidak ada kekurangan cadangan mengenai bagaimana bentuk zarah Dark Matter. Tidak lama dahulu, banyak saintis mengusulkan bahawa Dark Matter terdiri daripada Partikel Massif Lemah-Berinteraksi (WIMP), yang kira-kira 100 kali jisim proton tetapi berinteraksi seperti neutrino. Walau bagaimanapun, semua percubaan untuk mencari WIMP menggunakan eksperimen collider telah kosong. Oleh itu, para saintis telah meneroka idea sejak kebelakangan ini bahawa bahan gelap mungkin terdiri daripada sesuatu yang lain sepenuhnya.
Model kosmologi semasa cenderung menganggap bahawa jisim bahan gelap sekitar 100 Gev (Giga-elektrovolts), yang sesuai dengan skala massa banyak zarah lain yang berinteraksi melalui kekuatan nuklear yang lemah. Kewujudan zarah seperti itu selaras dengan peluasan supersimetri Model Piawai fizik partikel. Lebih jauh dipercayai bahawa zarah-zarah seperti itu akan dihasilkan di Alam Semesta awal yang panas, padat, dengan ketumpatan jisim jirim yang tetap konsisten hingga hari ini.
Walau bagaimanapun, usaha eksperimen yang berterusan untuk mengesan WIMP gagal menghasilkan bukti konkrit dari zarah-zarah ini. Ini termasuk mencari produk pemusnahan WIMP (iaitu sinar gamma, neutrino dan sinar kosmik) di galaksi dan kelompok yang berdekatan, serta eksperimen pengesanan langsung menggunakan supercolliders, seperti CERN Large Hadron Collider (LHC) di Switzerland.
Oleh kerana itu, banyak pasukan penyelidik mula mempertimbangkan untuk melihat di luar paradigma WIMP untuk mencari Dark Matter. Satu pasukan seperti itu terdiri daripada sekumpulan ahli kosmologi dari CERN dan CP3-Origins di Denmark, yang baru-baru ini melancarkan kajian yang menunjukkan bahawa Dark Matter boleh menjadi lebih berat dan kurang berinteraksi daripada yang difikirkan sebelumnya.
Seperti yang dikatakan oleh Dr. McCullen Sandora, salah satu anggota pasukan penyelidik dari CP-3 Origins, kepada Space Magazine melalui e-mel:
"Kami belum dapat mengesampingkan senario WIMP, tetapi dengan setiap tahun berlalu, semakin banyak yang disyaki bahawa kami tidak melihat apa-apa. Di samping itu, fizik skala lemah yang biasa mengalami masalah hierarki. Itulah sebabnya mengapa semua zarah yang kita ketahui sangat ringan, terutama berkenaan dengan skala graviti semula jadi, skala Planck, yang kira-kira 1019 GeV. Oleh itu, jika bahan gelap lebih dekat dengan skala Planck, ia tidak akan ditimpa masalah hierarki, dan ini juga akan menjelaskan mengapa kita tidak melihat tanda tangan yang berkaitan dengan WIMP. "
Dengan menggunakan model baru yang mereka sebut Planckian Interacting Dark Matter (PIDM), pasukan telah meneroka had atas jisim bahan gelap. Walaupun WIMP meletakkan jisim bahan gelap di had atas skala elektroweak, pasukan penyelidik Denmark Marthias Garny, McCullen Sandora dan Martin S. Sloth mencadangkan zarah dengan jisim hampir sama dengan skala semula jadi - Skala Planck.
Pada Skala Planck, satu unit jisim bersamaan dengan 2.17645 × 10-8 kg - kira-kira satu mikrogram, atau 1019 kali lebih besar daripada jisim proton. Pada jisim ini, setiap PIDM pada dasarnya seberat zarah sebelum menjadi lubang hitam miniatur. Pasukan ini juga berteori bahawa zarah-zarah PIDM ini berinteraksi dengan bahan biasa hanya melalui graviti dan sebilangan besar partikel tersebut terbentuk di Alam Semesta yang sangat awal semasa zaman "pemanasan semula" - tempoh yang berlaku pada akhir Zaman Inflasi, sekitar 10-36 t0 10-33 atau 10-32 beberapa saat selepas Big Bang.
Zaman ini dinamakan begitu kerana, semasa Inflasi, suhu kosmik dipercayai turun dengan faktor 100,000 atau lebih. Apabila inflasi berakhir, suhu kembali ke suhu pra-inflasi (dianggarkan 1027 K). Pada titik ini, tenaga berpotensi besar dari medan inflasi merosot menjadi partikel Model Standard yang memenuhi Alam Semesta, yang akan termasuk Dark Matter.
Secara semula jadi, teori baru ini mempunyai implikasi yang banyak bagi ahli kosmologi. Sebagai contoh, agar model ini berfungsi, suhu zaman pemanasan semula semestinya lebih tinggi daripada yang diasumsikan sekarang. Terlebih lagi, tempoh pemanasan yang lebih panas juga akan menghasilkan penciptaan gelombang graviti primordial, yang dapat dilihat di Latar Ketuhar gelombang mikro Kosmik (CMB).
"Memiliki suhu yang tinggi memberitahu kita dua perkara menarik mengenai inflasi," kata Sandora. "Sekiranya bahan gelap ternyata menjadi PIDM: yang pertama adalah bahawa inflasi berlaku pada tenaga yang sangat tinggi, yang pada gilirannya bermaksud bahawa ia dapat menghasilkan tidak hanya turun naik pada suhu alam semesta awal, tetapi juga dalam ruang waktu itu sendiri, dalam bentuk gelombang graviti. Kedua, ini memberitahu kita bahawa tenaga inflasi harus merosot menjadi sangat cepat, kerana jika memerlukan waktu terlalu lama, alam semesta akan menyejuk ke titik di mana ia tidak dapat menghasilkan PIDM sama sekali. "
Keberadaan gelombang graviti ini dapat disahkan atau dikesampingkan oleh kajian masa depan yang melibatkan Cosmic Microwave Background (CMB). Ini adalah berita yang menggembirakan, kerana penemuan gelombang graviti baru-baru ini diharapkan dapat membawa kepada usaha baru untuk mengesan gelombang primordial yang berasal dari penciptaan Alam Semesta.
Seperti yang dijelaskan oleh Sandora, ini menyajikan senario win-win bagi para saintis, kerana ini bermaksud calon terbaru Dark Matter ini akan dapat dibuktikan atau dibantah dalam waktu terdekat.
“[O] senario anda membuat ramalan konkrit: kita akan melihat gelombang graviti dalam eksperimen latar belakang gelombang mikro kosmik seterusnya. Oleh itu, ini adalah senario tidak rugi: jika kita melihatnya, itu bagus, dan jika kita tidak melihatnya, kita akan tahu bahawa masalah gelap bukan PIDM, yang bermaksud kita tahu bahawa ia harus mempunyai beberapa interaksi tambahan dengan perkara biasa. Dan semua ini akan berlaku dalam dekad berikutnya atau lebih, yang memberi kita banyak yang dinantikan. "
Sejak Jacobus Kapteyn pertama kali mengemukakan keberadaan Dark Matter pada tahun 1922, para saintis telah mencari beberapa bukti langsung tentang keberadaannya. Dan satu demi satu, partikel calon - mulai dari gravitino dan MACHOS hingga paksi - telah dicadangkan, ditimbang, dan didapati menginginkan. Sekiranya tidak ada yang lain, ada baiknya kita mengetahui bahawa keberadaan partikel calon terbaru ini dapat dibuktikan atau dikesampingkan dalam masa terdekat.
Dan jika terbukti betul, kita akan menyelesaikan salah satu misteri kosmologi terhebat sepanjang masa! Selangkah lebih dekat untuk benar-benar memahami Alam Semesta dan bagaimana kekuatan misteriusnya berinteraksi. Teori Segala-galanya, di sini kita datang (atau tidak)!
