Sama seperti riak di kolam yang menunjukkan bahwa seseorang melempar batu, menabrak meteran air, atau melompati katak, keberadaan zat misterius - materi gelap - ditentukan oleh pengaruhnya yang luas terhadap ruang angkasa. Para astronom tidak dapat mengamatinya secara langsung, tetapi gravitasi materi gelap menentukan kelahiran, bentuk, dan gerakan galaksi. Hal ini membuat penemuan tahun lalu sama sekali tidak terduga: di galaksi yang aneh dan tersebar, tidak ada materi gelap yang ditemukan sama sekali. Apakah Anda pikir itu saja? Tidak peduli bagaimana itu.
Galaksi tanpa materi gelap
Beberapa sarjana menyambut baik penemuan ini. Yang lain menyuarakan keraguan mereka dengan mengkritik pengukuran jarak dan gerak galaksi. Taruhannya tinggi: jika memang ada kekurangan materi gelap di galaksi ini, secara paradoks akan mengkonfirmasi keberadaan materi ini.
Jadi, tim asli telah memperoleh bukti tambahan untuk mendukung penemuan aslinya. Selain itu, telah ditemukan galaksi kedua dengan gejala yang serupa. Jika dulu ada satu galaksi ultradiffuse yang bebas dari materi gelap (sekilas), sekarang ada dua.
“Satu objek selalu dapat dianggap sebagai unicorn, tetapi begitu Anda menemukan dua unicorn, Anda mulai bertanya-tanya tentang kemungkinan keberadaan unicorn,” kata Michael Boylan-Kolchin, astronom di University of Texas di Austin, yang tidak terlibat dalam penelitian ini. "Dan kemudian Anda mulai berpikir tentang dari mana mereka berasal, apa properti mereka, dan seberapa umum mereka."
Menemukan unicorn
Video promosi:
Dua galaksi yang menarik perhatian kita sangat redup dan jauh dari Bumi: foton dari gugus bintangnya mulai bergerak menuju planet kita pada hari-hari terakhir pemerintahan dinosaurus, sekitar 65 juta tahun yang lalu. Galaksi pertama NGC 1052-DF2 seukuran Bima Sakti, tetapi mengandung 100 kali lebih sedikit bintang. Galaksi baru NGC 1052-DF4 terletak di wilayah langit yang sama dan memiliki ukuran dan massa yang hampir sama.
Maret lalu, ilmuwan yang dipimpin oleh Shani Danieli dan Peter van Dokkum dari Universitas Yale menerbitkan sebuah penelitian yang memperkirakan ukuran NGC 1052-DF2 dengan mengamati cahaya bintangnya, serta pergerakan gugus bintang yang mengelilinginya. Jika NGC 1052-DF2 berisi materi gelap sebanyak yang diharapkan astronom, materi gelap akan meningkatkan kecepatan orbit fenomena bintang ini. Tapi mereka bergerak lamban, yang menunjukkan bahwa tidak ada materi gelap. Kritikus berpendapat bahwa kecepatan gugus bintang ini salah perhitungan - dan bahkan jika benar, ukuran sampel hanya dari 10 gugus bintang terlalu sederhana untuk menentukan stok materi gelap NGC 1052-DF2 secara andal.
Pada bulan Oktober, Danieli memutuskan untuk mengatasi masalah ini dengan menggunakan teknik yang berbeda. Dia mengambil Keck Cosmic Web Imager, sebuah instrumen baru yang dipasang di belakang cermin utama berukuran 10 meter dari teleskop Keck di Hawaii. Instrumen ini dapat mengukur cahaya dari objek yang sangat redup dengan resolusi yang sangat tinggi, sehingga ideal untuk mempelajari galaksi ultradiffuse seperti NGC 1052-DF2. Alat ini sangat bagus sehingga Danieli tidak lagi harus mempelajari pergerakan gugus bintang untuk menentukan massa galaksi. Sebagai gantinya, dia bisa mendapatkan massa secara langsung, langsung menggunakan cahaya bintang galaksi.
Dari segi informasi, cahaya bintang mengandung banyak sekali. Dengan memisahkan cahaya menjadi warna-warna penyusunnya (ini disebut spektroskopi), para ilmuwan dapat menentukan komposisi sebuah bintang, umurnya, arah ruang, dan kecepatannya. Sebagian besar informasi ini ditransmisikan dalam bentuk garis spektral - elemen linier yang tertanam dalam spektrum bintang akibat emisi atau absorpsi berbagai elemen kimia. Instrumen Keck mengukur spektrum sekitar 10 juta bintang di galaksi DF2. Ukuran penyebaran antara bintang tercepat dan paling lambat di galaksi memberikan gambaran tentang seberapa banyak materi berinteraksi dengan mereka. Semakin banyak materi - gelap atau jenis lainnya - semakin besar penyebaran kecepatan bintang.
“Yang mengejutkan kami sendiri, kami mengukur garis spektrum yang sangat sempit yang menyisakan sedikit ruang untuk lebih banyak massa selain massa yang dibawa oleh bintang-bintang ke galaksi,” kata Danieli. Tidak ada tempat untuk materi gelap.
Sementara itu, Erik Emsellem dari European Southern Observatory dan rekan-rekannya telah menjelajahi galaksi dengan Very Large Telescope di Gurun Atacama Chili. Mereka juga menemukan dispersi kecepatan rendah yang mendukung skenario materi gelap yang hilang.
Nicholas Martin, seorang astronom di Universitas Strasbourg di Prancis, adalah salah satu pengkritik artikel aslinya. Dalam makalah lanjutan yang diterbitkan tahun lalu, dia berpendapat bahwa terlalu sulit untuk memperkirakan massa galaksi DF2 berdasarkan pergerakan gugus bintang di sekitarnya. Tapi Martin mengatakan dia telah diyakinkan oleh hasil terbaru dari Danieli dan Emsell.
“Ini menjadi mungkin berkat instrumen baru yang telah sampai pada teleskop terbesar di planet ini. Dan, sejujurnya, setahun yang lalu tidak jelas bagi saya bahwa ini mungkin dilakukan. Setahun yang lalu saya belum siap untuk mengatakan bahwa sistem ini pasti aneh, karena menurut saya pengukuran tidak sepenuhnya didukung oleh data. Tapi sekarang ada dua tim berbeda yang mengukur jarak kecepatan bintang-bintang itu sendiri, saya pikir ini menjadi jelas bahwa ada keanehan."
Temuan Danieli dipresentasikan pada konferensi tentang materi gelap di Universitas Princeton dan akan dipublikasikan di Astrophysical Journal Letters.
Secara keseluruhan, penelitiannya menunjukkan bahwa ada seluruh kelas galaksi yang miskin materi gelap.
Mencari materi yang hilang
Beberapa astronom sedang memeras otak mereka tentang bagaimana galaksi semacam itu bisa terbentuk dan ke mana materi gelap pergi. Boylan-Kolchin mengatakan salah satu kemungkinannya adalah tarikan gravitasi dari galaksi tetangga yang jauh lebih besar, yang terpisah dari materi gelap. Atau DF2 dan DF4 mungkin bukan galaksi sama sekali, tetapi kumpulan bintang sederhana yang menyamar sebagai galaksi; dalam hal ini, kelompok bintang yang terisolasi ini dapat terbentuk dari semburan gas yang bertabrakan yang keluar dari tempat lain. Atau mungkin ada skenario yang lebih membosankan, misalnya, orientasi galaksi relatif terhadap Bumi, yang berdampak negatif pada perolehan pengukuran spektral yang akurat dari pergerakan mereka.
Satu hal yang pasti: jika tidak ada keraguan besar yang muncul, ketiadaan materi gelap di galaksi akan secara meyakinkan menunjukkan bahwa materi ini dapat dipisahkan dari bintang, gas, debu, dan materi biasa lainnya. Dan itu, pada gilirannya, akan memperkuat argumen keberadaan materi gelap.
Sampai saat ini, tidak ada yang benar-benar menemukan materi gelap, meskipun telah dilakukan penelitian intensif selama puluhan tahun. Kurangnya bukti telah mendorong beberapa astrofisikawan untuk mencari cara alternatif untuk memahat galaksi dan mengontrol gerak mereka melalui munculnya hipotesis seperti "gravitasi yang muncul" dan "dinamika Newtonian yang dimodifikasi." Para pendukung hipotesis ini berpendapat bahwa sebagian besar astronom percaya bahwa materi gelap mungkin merupakan fenomena yang muncul dari fisika yang tidak sepenuhnya kita pahami. Tapi dalam kasus ini, galaksi aneh ini akan mendukung fakta bahwa alternatifnya salah dan materi gelap mungkin memang menjadi penyebabnya.
Ilya Khel
