Pertanyaan tentang apa sebenarnya yang membentuk kosmos, atau alam semesta terdiri dari apa, adalah salah satu misteri terbesar yang mendorong ilmu pengetahuan modern. Ketika kita menengadah ke langit malam, kita melihat bintang, planet, dan galaksi. Namun, semua materi yang tampak itu hanyalah puncak gunung es. Komposisi alam semesta jauh lebih kompleks, didominasi oleh entitas yang sebagian besar tidak dapat kita lihat atau sentuh secara langsung.
Secara umum, para kosmolog membagi isi alam semesta menjadi tiga kategori utama: materi biasa (baryonic), materi gelap (dark matter), dan energi gelap (dark energy). Memahami proporsi masing-masing adalah kunci untuk memahami evolusi dan nasib akhir dari segala sesuatu yang ada.
Materi biasa adalah segala sesuatu yang kita kenal: atom, proton, neutron, elektron, gas, debu antarbintang, bintang, planet, dan tentu saja, kita sendiri. Dalam konteks alam semesta secara keseluruhan, materi biasa ini sangat kecil kontribusinya. Materi ini hanya menyumbang sekitar 4.9% dari total massa-energi alam semesta.
Meskipun jumlahnya sedikit secara proporsional, materi inilah yang membentuk struktur yang kita amati. Materi ini mematuhi hukum fisika yang kita pelajari di sekolah dan laboratorium. Bintang-bintang bersinar karena reaksi fusi nuklir yang terjadi pada materi biasa ini. Namun, jika kita melihat lebih jauh ke dalam komposisi alam semesta, porsi 4.9% itu terbagi lagi menjadi elemen-elemen yang lebih ringan dan lebih berat.
Inilah bagian pertama dari teka-teki besar kosmik. Materi gelap diperkirakan menyumbang sekitar 26.8% dari total massa-energi alam semesta. Materi gelap disebut "gelap" karena dua alasan utama: ia tidak memancarkan cahaya (radiasi elektromagnetik) dalam bentuk apa pun, dan ia tidak menyerap atau memantulkan cahaya. Karenanya, kita tidak bisa mengamatinya secara langsung menggunakan teleskop konvensional.
Lalu, bagaimana kita tahu materi gelap itu ada? Keberadaannya disimpulkan dari efek gravitasinya. Pengamatan terhadap rotasi galaksi menunjukkan bahwa galaksi berputar jauh lebih cepat daripada yang seharusnya terjadi hanya berdasarkan jumlah bintang yang terlihat. Harus ada massa tambahan yang menyediakan tarikan gravitasi ekstra—itulah materi gelap. Materi gelap berfungsi sebagai 'perancah' gravitasi tempat galaksi-galaksi terbentuk dan berkumpul. Para ilmuwan menduga materi gelap terdiri dari partikel subatomik eksotis yang belum terdeteksi secara definitif, seperti WIMP (Weakly Interacting Massive Particles).
Jika materi gelap adalah penyumbang massa terbesar kedua, energi gelap adalah penguasa mutlak alam semesta, membentuk sekitar 68.3% dari total komposisi. Energi gelap adalah konsep yang paling misterius dari ketiganya. Tidak seperti materi gelap yang menarik melalui gravitasi, energi gelap adalah kekuatan yang mendorong percepatan ekspansi alam semesta.
Penemuan bahwa alam semesta tidak hanya mengembang tetapi percepatan pengembangannya semakin cepat adalah salah satu penemuan paling revolusioner di bidang kosmologi. Energi gelap diasumsikan memiliki tekanan negatif yang bekerja melawan gravitasi, mendorong ruang untuk meregang lebih cepat dari waktu ke waktu. Konsep energi gelap ini sering dikaitkan dengan konstanta kosmologis yang diperkenalkan oleh Einstein, meskipun interpretasi modernnya jauh lebih dinamis.
Ketika kita melihat struktur fisik di mana semua komponen ini berada, alam semesta terdiri dari hirarki yang luar biasa:
Kesimpulannya, meskipun mata dan instrumen kita hanya mampu mendeteksi kurang dari 5% dari total isi alam semesta dalam bentuk materi biasa yang kita kenal, sains telah menunjukkan bahwa dominasi sebenarnya dipegang oleh materi gelap dan energi gelap. Memahami bagaimana 95% sisanya bekerja adalah tantangan utama bagi fisika abad ke-21.