Selama bertahun-tahun, para ilmuwan tidak dapat menemukan sepotong pun materi di alam semesta. Materi yang baru diterbitkan menunjukkan di mana dia bersembunyi.
Para astronom akhirnya menemukan bagian terakhir alam semesta yang hilang. Mereka telah bersembunyi sejak pertengahan 1990-an, dan pada titik tertentu para peneliti memutuskan untuk menginventarisasi semua materi "biasa" di luar angkasa, termasuk bintang, planet, gas - yaitu, segala sesuatu yang terdiri dari partikel atom. (Ini bukan "materi gelap", yang merupakan misteri terpisah.) Para ilmuwan memiliki gagasan yang cukup jelas tentang seberapa banyak materi ini seharusnya, berdasarkan kesimpulan studi teoretis tentang asalnya pada saat Big Bang. Studi tentang latar belakang gelombang mikro kosmik (sisa-sisa cahaya dari Big Bang) kemudian mengkonfirmasi perkiraan awal ini.
Mereka mengumpulkan semua materi yang bisa mereka lihat: bintang, awan gas, dan sejenisnya. Artinya, semua yang disebut baryon. Mereka hanya menyumbang 10% dari yang seharusnya. Dan ketika para ilmuwan sampai pada kesimpulan bahwa materi biasa hanya menyumbang 15% dari semua materi di Semesta (sisanya adalah materi gelap), pada saat itu mereka hanya menginventarisasi 1,5% dari semua materi di Alam Semesta.
Setelah melakukan serangkaian penelitian, para astronom baru-baru ini menemukan potongan terakhir materi biasa di alam semesta. (Mereka masih bingung, tidak tahu terbuat dari apa materi gelap.) Dan meskipun butuh waktu sangat lama untuk mencarinya, para ilmuwan menemukannya persis di tempat yang mereka harapkan: di ikal besar gas panas yang menempati rongga antar galaksi. Lebih tepatnya, mereka disebut lingkungan intergalaksi hangat-panas (WHIM).
Indikasi pertama bahwa wilayah luas dari gas yang pada dasarnya tak terlihat bisa ada di antara galaksi berasal dari simulasi komputer pada tahun 1998. "Kami ingin melihat apa yang terjadi pada semua gas ini di alam semesta," kata ahli kosmologi Jeremiah Ostriker dari Universitas Princeton, yang membuat model serupa dengan rekannya Renyue Cen. Para ilmuwan ini telah memodelkan pergerakan gas di alam semesta di bawah pengaruh gravitasi, cahaya, ledakan supernova, dan semua gaya yang menggerakkan materi melalui ruang angkasa. “Kami menemukan bahwa gas menumpuk di filamen yang dapat dideteksi,” kata Ostricker.
Tetapi mereka tidak dapat menemukan utas ini - lalu.
"Dari hari-hari pertama pemodelan kosmologis, menjadi jelas bahwa bagian penting dari materi baryonik ada dalam bentuk difus panas di luar galaksi," kata seorang astrofisikawan di Universitas Liverpool. John Moores Ian McCarthy. Para astronom mengira baryon panas ini akan sesuai dengan superstruktur kosmik yang terbuat dari materi gelap tak terlihat yang mengisi rongga raksasa antar galaksi. Gaya tarik materi gelap harus menarik gas dan memanaskannya hingga suhu beberapa juta derajat. Sayangnya, sangat sulit menemukan gas panas dan gas yang dijernihkan.
Untuk menemukan benang tersembunyi, dua tim ilmuwan secara mandiri mulai mencari distorsi yang tepat dari radiasi relik (sisa-sisa cahaya dari Big Bang). Karena cahaya dari alam semesta awal mengalir melalui luar angkasa, ia dapat dipengaruhi oleh wilayah yang dilewatinya. Secara khusus, elektron dalam gas terionisasi panas (yang membentuk medium intergalaksi panas-panas) harus berinteraksi dengan proton dari radiasi relik, dan sedemikian rupa sehingga memberikan energi tambahan kepada proton. Akibatnya, spektrum CMB harus terdistorsi.
Video promosi:
Sayangnya, bahkan peta CMB terbaik (diperoleh dari satelit Planck) tidak menunjukkan distorsi seperti itu. Entah tidak ada gas, atau benturannya terlalu lemah dan tidak terlihat.
Tetapi para ilmuwan dari kedua tim bertekad untuk membuatnya terlihat. Mereka tahu dari model komputer alam semesta, di mana semakin banyak detail muncul, bahwa gas harus merentang di antara galaksi-galaksi besar seperti jaring laba-laba di ambang jendela. Satelit Planck tidak dapat melihat gas di antara pasangan galaksi. Jadi para peneliti menemukan cara untuk memperkuat sinyal lemah jutaan kali.
Pertama, mereka memindai katalog galaksi yang diketahui dalam upaya menemukan pasangan yang tepat, yaitu galaksi yang cukup masif dan berada pada jarak sedemikian rupa sehingga jaringan gas yang cukup padat dapat muncul di antara mereka. Para astrofisikawan kemudian kembali ke data satelit, menemukan setiap pasang galaksi, dan pada dasarnya mengukir wilayah itu dari luar angkasa dengan gunting digital. Dengan lebih dari satu juta kliping di tangan mereka (ini yang dimiliki tim mahasiswa pascasarjana Universitas Edinburgh Anna de Graaff), mereka mulai memutar, memperbesar dan memperkecilnya sehingga semua pasangan galaksi terlihat pada posisi yang sama. Setelah itu mereka melapiskan satu juta pasangan galaksi Satu sama lain.(Tim peneliti yang dipimpin oleh Hideki Tanimura dari Institute for Space Astrophysics di Orsay telah mengumpulkan 260.000 pasang galaksi.) Dan kemudian masing-masing filamen, yang mewakili filamen hantu dari gas langka panas, tiba-tiba menjadi terlihat.
Metode ini memiliki kekurangan. Menurut astronom Michael Shull dari University of Colorado Boulder, interpretasi hasil membutuhkan asumsi tertentu tentang suhu dan distribusi gas panas di luar angkasa. Dan dengan sinyal yang tumpang tindih, “selalu ada kekhawatiran tentang 'sinyal lemah' yang dihasilkan dari kombinasi sejumlah besar data. “Seperti yang terkadang terjadi pada survei sosiologis, adalah mungkin untuk mendapatkan hasil yang keliru saat pencilan atau kesalahan pengambilan sampel acak muncul dalam pengelompokan, yang mengubah statistik.”
Berdasarkan pertimbangan ini, komunitas astronom menolak untuk menganggap masalah ini sebagai penyelesaian. Metode independen diperlukan untuk mengukur gas panas. Musim panas ini dia muncul.
Efek suar
Sementara dua kelompok peneliti pertama saling melengkapi satu sama lain, tim ketiga mulai bertindak dengan cara yang berbeda. Para ilmuwan ini mulai mengamati quasar yang jauh, saat mereka menyebut objek terang yang berjarak miliaran tahun cahaya, untuk mendeteksi gas di ruang antargalaksi yang seharusnya kosong yang dilalui cahayanya. Itu seperti memeriksa sinar dari suar di kejauhan untuk menganalisis kabut yang menumpuk di sekitarnya.
Biasanya, ketika para astronom melakukan pengamatan seperti itu, mereka mencari cahaya yang diserap oleh atom hidrogen, karena unsur ini adalah yang paling banyak di alam semesta. Sayangnya, dalam kasus ini, opsi ini dikecualikan. Media intergalaksi panas-panas sangat berpijar sehingga mengionisasi hidrogen, menghilangkan satu-satunya elektronnya. Hasilnya adalah plasma proton dan elektron bebas yang tidak menyerap cahaya sama sekali.
Oleh karena itu, para ilmuwan memutuskan untuk mencari unsur lain - oksigen. Oksigen dalam medium intergalaksi panas-hangat jauh lebih sedikit daripada hidrogen, tetapi oksigen atom memiliki delapan elektron, sedangkan hidrogen memiliki satu. Karena panas, sebagian besar elektron terbang menjauh, tetapi tidak semuanya. Tim peneliti ini, dipimpin oleh Fabrizio Nicastro dari Institut Astrofisika Nasional Roma, melacak cahaya yang diserap oleh oksigen, yang telah kehilangan enam dari delapan elektronnya. Mereka menemukan dua wilayah gas intergalaksi panas. "Oksigen memberikan isyarat yang menunjukkan adanya volume hidrogen dan helium yang jauh lebih besar," kata Schull, yang berada di tim Nikastro. Para ilmuwan kemudian membandingkan jumlah gas yang mereka temukan antara Bumi dan quasar dengan alam semesta secara keseluruhan. Hasilnya menunjukkan bahwa mereka menemukan 30% yang hilang.
Angka-angka ini juga cukup konsisten dengan kesimpulan studi CMB. "Tim kami melihat potongan berbeda dari teka-teki yang sama dan sampai pada kesimpulan yang sama, yang memberi kami keyakinan mengingat perbedaan metode penelitian," kata astronom Mike Boylan-Kolchin dari University of Texas di Austin.
Shull mengatakan langkah selanjutnya adalah mengamati lebih banyak quasar dengan generasi baru teleskop sinar-X dan ultraviolet dengan sensitivitas lebih tinggi. “Quasar yang kami saksikan adalah mercusuar terbaik dan paling terang yang bisa kami temukan. Yang lainnya kurang cerah dan pengamatannya lebih lama,”katanya. Tetapi untuk hari ini kesimpulannya jelas. "Kami menyimpulkan bahwa materi baryonic yang hilang telah ditemukan," tulis para ilmuwan.
Katya Moskvich (KATIA MOSKVITCH)
