Tim Teleskop Luar Angkasa Fermi telah menemukan galaksi gelap di langit tanpa bintang, tetapi materi gelap membara. Para penemu belum percaya pada temuan tersebut, dan tidak mungkin untuk memverifikasi hasil mereka secara independen - para ilmuwan tidak mengungkapkan di mana para kandidat berada
Selain konflik besar dua budaya - "fisikawan dan penulis lirik", yang diperkenalkan ke sirkulasi oleh warga Inggris Charles Snow tepat 50 tahun yang lalu, selama berabad-abad juga ada konflik kecil yang hanya menyangkut "fisikawan". Ini adalah benturan antara teori dan eksperimen, di mana yang pertama biasanya memainkan peran kaum liberal yang sembrono dan yang terakhir sebagai konservatif yang bertanggung jawab.
Dalam beberapa tahun terakhir dalam astrofisika, konflik ini tidak termanifestasi dengan begitu jelas seperti dalam sejarah partikel materi gelap, yang transformasinya menjadi substansi yang biasa kita lihat, beberapa ilmuwan melihat, sementara yang lain tidak. Kedua keyakinan tersebut didasarkan pada data yang sama.
Paparazzi dan PAMELA
Peluruhan dan pemusnahan
Peluruhan disebut peluruhan spontan partikel, seperti peluruhan inti uranium atau neutron yang meninggalkan inti atom. Pemusnahan adalah penghancuran bersama partikel ketika mereka bertemu satu sama lain, misalnya, pemusnahan elektron dan positron, dan, secara umum, materi dan antimateri.
Laju peluruhan hanya bergantung pada jumlah partikel yang tidak stabil, dan sinyal pemusnahan menentukan frekuensi tumbukan partikel satu sama lain. Oleh karena itu, laju peluruhan sebanding dengan kepadatan, dan laju pemusnahan sebanding dengan kuadrat kuantitas ini. Begitulah harapan para astronom untuk membedakan pemusnahan dari pembusukan dalam data observasi.
Ketegangan gairah terbesar mencapai pada pertengahan 2008, ketika percobaan ilmiah internasional PAMELA di atas satelit Rusia "Resurs-DK" menemukan kelebihan positron berenergi tinggi di sekitar Matahari. Mereka mungkin saja lahir selama peluruhan spontan atau saling musnahnya partikel-partikel eksotis, yang seharusnya membentuk materi gelap.
Tentu saja, penjelasan lain dimungkinkan, tetapi prospek untuk "melihat" materi tak terlihat begitu menarik sehingga untuk mendapatkan data PAMELA yang tidak dipublikasikan, rumor tentang yang beredar di lingkungan astrofisika, banyak ahli teori muda pergi keluar. Beberapa bahkan memotret bagan PAMELA yang tidak dipublikasikan pada ponsel selama laporan peserta proyek di konferensi dan berdasarkan data ini mereka menulis artikel teoritis. Jiwa pemberani seperti itu, yang melanggar aturan etika tak tertulis dari komunitas ilmiah, bahkan dijuluki "paparazzi ilmiah".
Akibatnya, data PAMELA tetap dipublikasikan secara resmi, namun tidak memiliki interpretasi yang jelas. Seseorang berpikir bahwa ini adalah jejak partikel gelap, seseorang menyalahkan bintang neutron di sekitar Matahari karena kemunculannya, seseorang umumnya percaya bahwa kita sedang membicarakan kesalahan sistematis yang tidak terhitung dalam pengoperasian peralatan PAMELA.
Kabut, kabut
Banyak yang berharap situasinya akan diperjelas dengan peluncuran Fermi Space Observatory, yang mendeteksi foton berenergi sangat tinggi. Mereka mungkin juga dihasilkan oleh interaksi cahaya biasa dengan partikel bermuatan energi tinggi (ini disebut hamburan balik Compton). Dan itulah yang diharapkan para ilmuwan untuk mengklarifikasi situasi dengan data PAMELA.
WMAP Haze WMAP
menemukan kelebihan radiasi gelombang mikro dari pusat galaksi - yang disebut "kabut WMAP", yang tetap ada dalam data setelah mengurangi semua sumber gelombang mikro yang diketahui darinya. Salah satu penjelasan yang paling mungkin untuk itu adalah radiasi sinkrotron elektron-elektron energetik yang berliku pada garis induksi medan magnet antarbintang. Tepat pada elektron yang sama, dengan bantuan efek Compton terbalik, foton berenergi tinggi dapat dihasilkan, yang dapat dilihat oleh Fermi.
Jika partikel materi gelap benar-benar menjadi sumber positron dan elektron yang energik, maka mereka harus lebih sering dilahirkan di tempat yang lebih banyak materi gelap. Menurut konsep modern, tempat seperti itu dianggap sebagai pusat galaksi. Jadi para astronom sangat menantikan untuk melihat Fermi menuju jantung Bima Sakti kita. Selain itu, para astronom menerima petunjuk tentang sejumlah besar elektron di sini beberapa tahun lalu dari pesawat ruang angkasa WMAP.
Video promosi:
Fermi memasuki orbit pada Juni 2008 dan mulai mengumpulkan data ilmiah beberapa bulan kemudian. Menurut aturan kelompok tersebut, data dari teleskop muncul di ruang publik hanya setahun setelah diterima - untuk memungkinkan ahli teori "mereka" untuk mengambil krim ilmiah utama dari mereka. Tahun sudah hampir habis di awal musim gugur, tetapi satu kelompok ahli teori tidak menunggu dan hampir mengulangi cerita itu dengan "paparazzi ilmiah." Menurut sebuah artikel yang muncul pada bulan Juli, Fermi memang melihat adanya kelebihan radiasi menuju pusat galaksi. Selain itu, analisis awal menunjukkan bahwa radiasi ini dapat dihasilkan pada partikel yang sama persis dengan yang ditangkap oleh proyek PAMELA.
Namun, ketika data Fermi dipublikasikan, para ilmuwan mengulangi analisis mereka dan dengan lebih yakin menyatakan: selain "kabut WMAP" ada juga "kabut Fermi", di mana teori pembusukan atau pemusnahan materi gelap sangat cocok. Karya ini, yang dipimpin oleh Gregory Dobler dari Harvard Center for Astrophysics, tidak lagi malu untuk merujuk bahkan kepada ilmuwan yang serius, meskipun hasilnya tidak terlalu berbeda dengan kesimpulan dari penelitian kelompok yang sama sebelumnya.
Tuan Tidak
Namun, ada satu peringatan penting. Bahkan jika sejumlah besar elektron dan positron berenergi tinggi ada di wilayah pusat galaksi (dan semakin sedikit keraguan tentang hal ini), asal mereka dari partikel materi gelap masih perlu dibuktikan. Pada prinsipnya, mereka mungkin memiliki sumber lain - misalnya, gelombang kejut dari ledakan supernova atau semua bintang neutron yang sama yang tetap berada di lokasi ledakan tersebut. Bagian tengah galaksi seharusnya dipenuhi dengan keduanya - karena ada begitu banyak bintang, beberapa di antaranya cepat atau lambat akan meledak. Dan meskipun model alternatif seharusnya cukup "dibuat-buat," bagi banyak orang, itu masih merupakan penjelasan yang lebih dapat diterima daripada beberapa jenis materi gelap.
"Dobler dan kawan-kawan telah menginjak es tipis," kata Elliot Bloom, salah satu dari sedikit ahli teori murni di tim eksperimen Fermi, setelah artikel mereka diterbitkan. Dalam hatinya, orang ini mungkin harus berjuang dengan dirinya sendiri - seorang ahli teori yang mengabdikan separuh hidupnya untuk prospek penjelasan tidak langsung tentang sifat materi gelap, ia baru-baru ini menjadi "Tuan Tidak" dari kolaborasi Fermi. Dialah yang paling sering harus mengomentari karya-karya seperti artikel Dobler dan meyakinkan kolega dan jurnalis bahwa kesimpulan dari "pemula" setidaknya terlalu dini.
Ironisnya, karya Bloom (file pdf), yang disajikan atas nama kolaborasi dalam bentuk poster pada simposium Fermi 2009 di Washington, episode lain dalam kisah deteksi observasi materi gelap dapat dimulai. Hasil pekerjaan ini menarik perhatian ke sarang rumor fisik yang terkenal - blog Resonaances, yang dikelola oleh fisikawan Polandia Adam Falkowski dari American Rutgers University.
Galaksi gelap
Masalah Substruktur
Ketidaksesuaian antara teori prediksi dan jumlah sebenarnya dari satelit kerdil di Bima Sakti dan galaksi lain disebut masalah substruktur. Solusi standarnya adalah ada galaksi katai di sekitar kita, tetapi bintang tidak terbentuk di dalamnya.
Bukti terbaru menunjukkan bahwa penjelasan semacam itu mungkin benar-benar berhasil: satelit terkecil dari galaksi kita yang baru ditemukan sebenarnya hanya terdiri dari beberapa ratus bintang. Tetapi massa mereka (dapat diperkirakan dengan gerakan bintang-bintang) jauh lebih besar. Sebagian besar diasumsikan terkandung dalam materi gelap.
Bloom beralasan dengan benar: untuk mengecualikan alternatif dengan percepatan elektron pada gelombang kejut, seseorang harus melihat di mana supernova tidak meledak. Idealnya - di mana tidak ada bintang sama sekali, dan materi gelap seharusnya berada. Menurut teori tersebut, lingkaran cahaya materi gelap tanpa bintang seperti itu memang seharusnya mengelilingi galaksi kita - teori tersebut memprediksi galaksi katai selusin atau dua kali lebih banyak daripada yang sebenarnya diamati.
Untuk menemukan apa yang tidak diterangi oleh bintang-bintang, Bloom dan rekannya Pin Wan harus menjelajahi seluruh arsip data Fermi untuk mencari objek yang diperluas, yang radiasi gamma cocok dengan model peluruhan atau pemusnahan partikel materi gelap. Selain itu, objek semacam itu tidak boleh bertepatan dengan sumber yang diketahui, dan fluks foton darinya tidak boleh berubah seiring waktu.
Bloom dan Wang menemukan 54 sumber tambahan yang menonjol setidaknya empat deviasi standar di atas latar belakang. Setelah memeriksa masing-masing secara berurutan, para ilmuwan menolak 50 potensi "galaksi tak berbintang" karena tidak memenuhi kriteria yang dipilih. Ada empat lagi yang memenuhi kriteria. Di atas latar belakang, mereka semua menonjol bukan hanya empat, tapi setidaknya lima standar deviasi.
Meskipun demikian, Bloom kembali mengenakan topeng "Tuan Tidak" dan menyimpulkan bahwa tidak ada katai hitam baru yang terdeteksi dalam data Fermi selama sepuluh bulan pertama. Argumen utama yang diberikan oleh ilmuwan tersebut adalah perbedaan antara spektrum sumber-sumber ini dengan model teoritis peluruhan materi gelap yang dipilih.
Pertanyaan halus
Tapi ini konyol, Falkovsky percaya, - berikan ahli teori normal di tangannya hampir semua spektrum, dan dia akan memberikan model untuk Anda dalam 15 menit yang akan menggambarkan spektrum ini. Kira-kira 15 menit, tentu saja, merupakan suatu seni yang dilebih-lebihkan, tetapi model pembusukan dan pemusnahan sejauh ini memang memberikan ruang yang sangat luas untuk manuver teoretis.
Mungkin karena itu Bloom tidak memberikan spektra. Dia tidak memberikan dalam karyanya koordinat para kandidat atau data lain tentang mereka.
Semua ini sangat menarik, kata Falkovsky. Bloom tidak mengatakan bahwa tidak ada galaksi gelap, dia hanya mengklaim bahwa "mereka tidak ditemukan dalam data Fermi selama sepuluh bulan pertama." Tidak ada yang tahu apa yang akan terjadi dengan data tersebut untuk tahun-tahun mendatang. Yang jelas Bloom, sebagai anggota kolaborasi Fermi, akan memiliki akses ke sana sebelum orang lain.
