Ada energi gelap yang menyebabkan alam semesta mengembang, dan materi gelap yang menyatukan gumpalan masif dan gugus bintang. Semua galaksi yang diketahui mengandung materi gelap sekitar lima kali lebih banyak dari biasanya. Namun, ada galaksi di mana materi gelap hampir tidak ada sama sekali. Apakah itu galaksi yang menantang materi gelap, atau ada sesuatu yang lebih rumit yang terjadi di sini?
Alam semesta kita tidak seperti kita. Kita tersusun dari atom dan bentuk materi biasa lainnya, sedangkan menurut data pengamatan kosmik, sebagian besar alam semesta terdiri dari materi gelap. Ada energi gelap yang menyebabkan alam semesta mengembang, dan materi gelap yang menyatukan gumpalan masif dan gugus bintang. Di semua galaksi yang diketahui, ada sekitar lima kali lebih banyak materi gelap dari biasanya, yang mengarah pada efek gravitasi yang kita amati.
Tapi ada juga pengecualian. Tahun ini, para astronom telah menemukan salah satu galaksi paling misterius, yang diberi nama NGC 1052-DF2. Ia tersebar, seukuran Bima Sakti, tetapi ia memiliki lebih dari seratus kali lebih sedikit dari bintang kita. Pengamatan pertama menunjukkan bahwa hampir tidak ada materi gelap di dalamnya (atau mungkin hampir tidak ada). Apakah itu galaksi yang menantang materi gelap, atau ada sesuatu yang lebih rumit yang terjadi di sini? 2018 akan segera berakhir, dan inilah yang telah kita pelajari sejauh ini.
Ketika Semesta muncul dalam bentuk yang kita kenal, itu panas, padat, hampir homogen sempurna. Itu mengembang dan diisi dengan materi dan radiasi. Saat ia mengembang, ia mendingin, dan karena itu, radiasi kehilangan energi. Ketika materi mulai mendominasi alam semesta, gaya gravitasi mulai menarik massa tambahan ke daerah super padat. Hal ini menyebabkan terbentuknya gugus gas, bintang, gugus bintang, dan akhirnya galaksi.
Alam semesta mulai tumbuh persis seperti ini: pertama pada laju terkecil dan dalam skala kecil. Di alam semesta dengan kepadatan rata-rata sama di semua tempat, skala linier yang lebih kecil berarti lebih sedikit massa. Saat bintang baru terbentuk dalam skala kecil, angin, radiasi, dan supernova yang dihasilkan dapat mengeluarkan materi biasa dalam jumlah besar dari dalam. Akibatnya, banyak galaksi skala kecil yang kita amati hari ini memiliki rasio materi gelap dan materi biasa yang berbeda, bukan standar lima banding satu.
Tapi dalam skala yang lebih besar, seiring galaksi berkembang dan menjadi seukuran Bima Sakti, rasio lima banding satu ini menjadi hampir ada di mana-mana. Bahkan gelombang terbesar pembentukan bintang tidak dapat mengeluarkan materi dalam jumlah yang signifikan dari galaksi. Materi biasa hanya dapat ditarik keluar dari galaksi asalnya dengan melakukan perjalanan cepat melalui gugus galaksi. Dan galaksi yang berada di luar gugus tersebut bisa menjadi tenang.
Inilah mengapa NGC 1052-DF2 merupakan kejutan besar. Dengan dimensi fisik yang sama dengan Bima Sakti, ia tidak memiliki karakteristik seperti yang kita temukan di galaksi kita. Ini bukan spiral, tidak memiliki cakram, tidak ada pusat penebalan, dan jumlah bintang di dalamnya hanya setengah persen dari jumlah bintang di galaksi kita. Ini juga bukan galaksi elips, jadi ia berbeda dari kita tidak hanya dalam jenisnya. Tapi ini semua tidak masuk akal dibandingkan dengan keanehan yang kami temukan di dalam dirinya.
Ada lebih dari 100 gugus bintang bola di Bima Sakti kita, yang tersebar dalam bentuk lingkaran cahaya di seluruh galaksi kita. Objek-objek ini sebagian besar adalah gugusan ratusan ribu atau bahkan jutaan bintang, yang terkonsentrasi di wilayah bola dalam radius beberapa puluh tahun cahaya. Dalam kebanyakan kasus, mereka membentuk bintang sekaligus, miliaran tahun yang lalu, dan bintang mereka bergerak ke dalam sesuai dengan hukum gravitasi. Dan di Bima Sakti kita, gugus bola ini akan saling bercampur dengan kecepatan ratusan kilometer per detik. Ini sesuai dengan fakta bahwa Bima Sakti memiliki cincin materi gelap yang besar dan masif.
Video promosi:
Tetapi NGC 1052-DF2 adalah cerita yang berbeda. Galaksi ini umumnya memiliki gugus bola yang umum. Gugus bola ini sedikit lebih besar dari kita, tetapi ini tidak mengherankan. Luar biasa dalam hal lain. Mereka semua memiliki kecepatan yang hampir sama.
Pengamatan ini tampaknya sangat meragukan. Di galaksi mana pun, pasti ada hubungan antara seberapa cepat benda bergerak di dalam, dan berapa massa gravitasi total komposisinya. Hubungan ini memanifestasikan dirinya dalam berbagai cara, tergantung bagaimana Anda melihatnya. Tapi mungkin cara termudah untuk mengoperasikannya adalah energi. Ada keseimbangan antara energi potensial dan kinetik.
Ketika ada sekumpulan objek di galaksi, yang dipengaruhi oleh massa total yang sama, kita dapat berharap bahwa beberapa dari objek ini akan mendekati kita, dan beberapa akan menjauh. Dapat diperkirakan bahwa semakin besar massa total, semakin besar perbedaan kecepatan antara objek yang paling cepat mendekat dan yang mundur. Para astronom terkadang menyebut dispersi kecepatan ini, yang merupakan distribusi dari seberapa cepat objek yang berbeda bergerak relatif satu sama lain.
Di Bima Sakti, kecepatan dispersi antar gugus bola besar, rata-rata ± 200-300 km / s, yang serupa dengan kecepatan Matahari di sekitar pusat galaksi. Namun, di NGC 1052-DF2, pergerakan gugus bola begitu tidak signifikan sehingga tampak seolah-olah massa yang sangat kecil dan praktis tidak ada ruang untuk materi gelap.
Ada kemungkinan bahwa kesalahan telah merayap ke dalam pengukuran, tetapi ini kecil kemungkinannya. Mungkin juga praktis tidak ada materi gelap di dalam galaksi semacam itu, tetapi skenario ini bertentangan dengan asumsi teoretis. Tetapi sebelum kita mulai berbicara tentang kesalahan pengukuran dan teori kita, penting untuk mengecualikan kemungkinan yang paling mungkin dalam kasus seperti itu: bahwa pengukurannya benar, dan materi gelap itu ada.
Jika demikian, kita memerlukan metode independen untuk mengukur materi gelap.
Ada cara yang jelas untuk menunjukkan bahwa pengukurannya benar, dan galaksi masih mengandung materi gelap: jika gugus bola bergerak yang kami amati tidak menunjukkan bagaimana materi sebenarnya bergerak di galaksi. Dari kedalaman Bima Sakti, kita dapat mengamati bahwa gugus bola tersebar secara merata di dalamnya. Tetapi jika kita menemukan gugus bola hanya pada titik terjauh dari orbitnya dari pusat NGC 1052-DF2, maka mereka condong ke arah dispersi kecepatan rendah buatan.
Tidak jelas mengapa demikian, tetapi terletak 65 juta tahun cahaya, NGC 1052-DF2 tidak nyaman untuk observasi. Tepat di garis inilah Hubble tidak dapat melihat bintang satu per satu. Dan karena ini adalah galaksi yang sangat tersebar, pengukuran menjadi lebih sulit di sana. Tetapi jika Anda mengumpulkan sejumlah besar pengukuran spektral di seluruh galaksi, dan kemudian menambahkannya, Anda dapat mengukur kecepatan penyebaran bintang di dalam galaksi.
Ini adalah pengukuran massa galaksi yang lebih langsung dibandingkan dengan pengukuran gugus bola. Dengan menentukan bagaimana semua bintang bergerak di dalam, kita mendapatkan gambaran yang lebih baik tentang bagaimana bintang-bintang di dalam bergerak dalam hubungannya dengan galaksi secara keseluruhan.
Alih-alih beberapa pengukuran titik yang kami gunakan untuk mendapatkan massa internal, kami memiliki kumpulan data yang lebih konsisten yang lebih besar yang kami miliki. Gugus bola menunjukkan perpindahan relatif yang sangat kecil, yang menunjukkan bahwa terdapat sedikit massa dan sedikit materi gelap. Tapi ada asumsi besar disini. Kami melanjutkan dari asumsi bahwa pengukuran beberapa gugus bola mencirikan pergerakan bintang di dalamnya.
Ketika para ilmuwan melakukan pengukuran ini, mereka menemukan bahwa bintang-bintang di dalamnya memang bergerak relatif satu sama lain.
Ini adalah hasil pertama dari analisis spektral bintang di dalam galaksi yang sangat tersebar, tetapi mereka menunjukkan bahwa dispersi kecepatan masih ada di sana. Ini hanyalah sebagian kecil dari kecepatan dispersi Bima Sakti, karena kecepatannya ± 16 km / s, tetapi ini cukup normal untuk galaksi yang sangat tersebar. Perhitungan massa yang lebih akurat untuk bintang-bintang di dalam galaksi, daripada berdasarkan pada beberapa gugus bola, menunjukkan bahwa pasti masih ada sejumlah besar materi gelap di dalamnya.
Meskipun kecepatan dispersi bintang kecil, pada ± 16 km / s, hal ini cukup untuk menimbulkan keraguan pada hasil sebelumnya yang menunjukkan tidak adanya materi gelap. Selain itu, tim yang melakukan pengukuran ini juga mengukur dua cluster bintang tambahan dan meningkatkan hasil dari lima pengukuran lainnya, dan mereka menemukan bahwa dispersi kecepatan internal untuk 12 cluster ini adalah total ± 10,5 km / s.
Dapat dikatakan bahwa galaksi ada dalam berbagai jenis - dalam bentuk, ukuran, kepadatan, dan massa. Terlepas dari apa yang kami ketahui, kami masih dalam proses belajar tentang bagaimana mereka terbentuk, berkembang, dan tumbuh di alam semesta. Tetapi setiap kali kita memiliki pengamatan yang luar biasa, pertama-tama kita harus memeriksa apakah akan menemukan konfirmasi jika kita melakukan pengamatan yang sama dengan metode yang berbeda.
Pengamatan baru tidak membuktikan keberadaan materi gelap, tetapi mereka menghilangkan alasan utama untuk meragukannya. Sekarang kita tidak memiliki objek terpisah yang tidak memiliki penjelasan kosmik, tetapi objek yang sesuai dengan pengamatan banyak objek serupa lainnya dari kelas yang sama. NGC 1052-DF2 adalah objek menarik yang layak untuk dipelajari lebih lanjut, tetapi tampaknya tidak sepenuhnya kekurangan materi gelap. Pengamatan selalu menjadi referensi terbaik, tetapi hasil ini menggarisbawahi betapa pentingnya memverifikasi secara independen pekerjaan yang telah dilakukan sebelum mencapai kesimpulan muluk dan revolusioner.
Ethan Siegel
