Para ilmuwan telah melakukan uji cermat yang menunjukkan bahwa materi gelap mengikuti aturan fisika yang sama seperti materi biasa saat bergerak melalui sumur gravitasi kosmik. Studi yang dipimpin oleh peneliti dari Universitas Jenewa menunjukkan tidak ada bukti kuat untuk gaya kelima yang memengaruhi materi gelap. Namun, interaksi tak dikenal yang lebih lemah tetap mungkin.
Materi gelap, yang menyusun sekitar lima kali lebih banyak massa di alam semesta daripada materi biasa, telah lama membingungkan para kosmolog karena tidak memancarkan atau memantulkan cahaya. Studi baru dari Universitas Jenewa (UNIGE) dan kolaborator, yang diterbitkan di Nature Communications pada 2025, memberikan salah satu uji paling tajam tentang perilakunya pada skala kosmik.
Para peneliti menyelidiki apakah materi gelap merespons empat gaya fundamental yang diketahui —gravitasi, elektromagnetisme, dan gaya nuklir kuat dan lemah— atau apakah gaya kelima tambahan mungkin memengaruhinya. Untuk melakukan ini, mereka membandingkan kecepatan galaksi, yang sebagian besar terdiri dari materi gelap, dengan kedalaman sumur gravitasi yang dibentuk oleh struktur kosmik masif. Sumur ini mendistorsi ruang-waktu menurut relativitas umum Einstein, dan materi biasa jatuh ke dalamnya mengikuti persamaan Euler dinamika fluida.
"Jika materi gelap tidak tunduk pada gaya kelima, maka galaksi —yang sebagian besar terbuat dari materi gelap— akan jatuh ke sumur-sumur ini seperti materi biasa, diatur hanya oleh gravitasi," jelas Camille Bonvin, profesor associate di Departemen Fisika Teoritis UNIGE dan penulis bersama studi. "Di sisi lain, jika gaya kelima bertindak pada materi gelap, itu akan memengaruhi gerakan galaksi, yang kemudian akan jatuh ke sumur dengan cara berbeda."
Dalam menganalisis data kosmologi modern, tim menemukan bahwa gerakan materi gelap selaras dengan persamaan Euler, mencerminkan materi biasa. "Pada tahap ini, bagaimanapun, kesimpulan ini belum menyingkirkan keberadaan gaya tak dikenal. Tapi jika gaya kelima seperti itu ada, itu tidak boleh melebihi 7% kekuatan gravitasi —kalau tidak, itu sudah muncul dalam analisis kami," kata penulis utama Nastassia Grimm, peneliti pascadoktor mantan UNIGE yang sekarang di Universitas Portsmouth.
Temuan, yang dirinci dalam makalah "Comparing the motion of dark matter and standard model particles on cosmological scales" (DOI: 10.1038/s41467-025-65100-8), mewakili langkah menuju klarifikasi peran materi gelap dalam pembentukan alam semesta. Pengamatan masa depan dari proyek seperti Large Synoptic Survey Telescope (LSST) dan Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) dapat mendeteksi gaya selemah 2% dari gravitasi, berpotensi mengungkap fisika baru, menurut penulis bersama Isaac Tutusaus dari ICE-CSIC dan Universitas Toulouse.