Dengan semua pemahaman kita tentang hukum fisika dan keberhasilan Model Standar dan relativitas umum, ada sejumlah fenomena yang dapat diamati di Semesta yang tidak dapat dijelaskan. Alam semesta penuh dengan misteri, dari pembentukan bintang hingga sinar kosmik berenergi tinggi. Meskipun kita secara bertahap menemukan ruang untuk diri kita sendiri, kita masih belum mengetahui segalanya. Misalnya, kita tahu bahwa materi gelap itu ada, tetapi kita tidak tahu apa propertinya. Apakah ini berarti bahwa kita harus menghubungkan semua efek yang tidak diketahui dengan manifestasi materi gelap?
Ada banyak misteri tentang materi gelap sebanyak bukti keberadaannya. Tapi menyalahkan materi gelap untuk semua manifestasi misterius ruang tidak hanya rabun, tapi juga salah. Inilah yang terjadi ketika para ilmuwan kehabisan ide-ide bagus.
Dua galaksi besar yang terang di pusat Cluster Coma, masing-masing berukuran lebih dari satu juta tahun cahaya. Galaksi di pinggiran menunjukkan adanya lingkaran besar materi gelap di seluruh gugus.
Materi gelap ada di mana-mana di alam semesta. Ini pertama kali dikonsultasikan pada tahun 1930-an untuk menjelaskan pergerakan cepat masing-masing galaksi dalam gugus galaksi. Ini terjadi karena semua materi biasa - materi yang terdiri dari proton, neutron, dan elektron - tidak cukup untuk menjelaskan jumlah total gravitasi. Ini termasuk bintang, planet, gas, debu, plasma antarbintang dan intergalaksi, lubang hitam, dan segala sesuatu yang dapat kita ukur. Garis bukti yang mendukung materi gelap sangat banyak dan menarik, seperti yang dicatat oleh fisikawan Ethan Siegel.
Materi gelap diperlukan untuk menjelaskan:
- sifat rotasi masing-masing galaksi, - pembentukan galaksi dengan ukuran berbeda, dari elips raksasa hingga - galaksi seukuran Bima Sakti dan galaksi katai kecil di dekat kita, Video promosi:
- interaksi antara pasangan galaksi, - sifat gugus galaksi dan gugus galaksi dalam skala besar, - jaringan luar angkasa, termasuk strukturnya yang seperti benang, - spektrum fluktuasi latar belakang gelombang mikro kosmik, - efek yang diamati dari lensa gravitasi dari massa yang jauh, - pemisahan yang diamati antara efek gravitasi dan keberadaan materi biasa dalam tumbukan gugus galaksi.
Baik dalam skala kecil galaksi individu maupun dalam skala seluruh Semesta, materi gelap dibutuhkan.
Menempatkan semua ini dalam konteks kosmologi lainnya, kami percaya bahwa setiap galaksi, termasuk galaksi kita, mengandung halo materi gelap yang tersebar luas di sekitarnya. Berbeda dengan bintang, gas, dan debu di galaksi kita, yang sebagian besar berada di cakram, halo materi gelap harus berbentuk bola karena, tidak seperti materi biasa (berbasis atom), materi gelap tidak "rata" saat Anda menekannya. … Selain itu, materi gelap harus lebih padat di pusat galaksi dan meluas sepuluh kali lipat dari bintang-bintang di galaksi itu sendiri. Akhirnya, harus ada gumpalan kecil materi gelap di setiap lingkaran cahaya.
Untuk mereproduksi kumpulan pengamatan lengkap yang tercantum di atas, serta pengamatan lainnya, materi gelap tidak boleh memiliki sifat selain yang berikut: ia harus memiliki massa; itu harus berinteraksi secara gravitasi; itu harus bergerak perlahan relatif terhadap kecepatan cahaya; itu seharusnya tidak berinteraksi dengan kuat melalui kekuatan lain. Semua. Interaksi lain sangat terbatas, tetapi tidak dikecualikan.
Lalu mengapa, setiap kali pengamatan astrofisika dilakukan dengan kelebihan partikel biasa dari jenis tertentu - foton, positron, antiproton - orang pertama-tama berbicara tentang materi gelap?
Awal pekan ini, tim ilmuwan yang mempelajari sumber radiasi gamma di sekitar pulsar menerbitkan temuan mereka di Science. Dalam pekerjaan mereka, mereka mencoba untuk lebih memahami dari mana asal kelebihan positron yang kami amati. Positron, antipoda elektron, biasanya lahir dalam beberapa cara: ketika partikel biasa dipercepat ke energi yang cukup tinggi, ketika bertabrakan dengan partikel materi lain, dan dengan produksi pasangan elektron-positron menurut rumus Einstein E = mc2. Kami membuat pasangan seperti itu dalam proses eksperimen fisik dan dapat mengamati penciptaan positron secara astrofisika, baik secara langsung, dalam pencarian sinar kosmik, dan secara tidak langsung, dalam pencarian tanda energi pemusnahan elektron-positron.
Tanda tangan positron astrofisika ini terjadi di dekat pusat galaksi, sumber titik sasaran seperti mikroquasar dan pulsar yang terletak di wilayah misterius galaksi kita yang dikenal sebagai Great Annihilator, dan di sebagian latar belakang yang menyebar yang asalnya tidak diketahui. Satu hal yang pasti: kita melihat lebih banyak positron daripada yang kita harapkan. Dan ini sudah dikenal sejak lama. PAMELA mengukurnya, Fermi mengukurnya, AMS di atas ISS mengukurnya. Baru-baru ini, observatorium HAWC mengukur sinar gamma tingkat TeV berenergi sangat tinggi dan menunjukkan bahwa mereka adalah partikel dengan akselerasi tinggi yang berasal dari pulsar tingkat menengah. Namun, sayangnya, ini tidak cukup untuk menjelaskan kelebihan positron yang diamati.
Untuk beberapa alasan, dengan setiap pengukuran kelebihan positron, dengan setiap pengamatan dari sumber astrofisika yang tidak menjelaskannya, narasi mengalir ke dalam "kita tidak bisa menjelaskannya, jadi materi gelap yang harus disalahkan." Dan ini buruk karena ada banyak kemungkinan sumber astrofisika yang tidak memerlukan sesuatu yang eksotis, misalnya:
- produksi sekunder positron dan sinar gamma oleh partikel lain, - microquasar atau sesuatu yang memberi makan lubang hitam, - pulsar yang sangat muda atau sangat tua, magnetar, - sisa-sisa supernova.
Daftar ini tidak pasti, tetapi memberikan beberapa contoh tentang apa yang mungkin menyebabkan surplus ini.
Banyak orang yang bekerja di bidang ini memilih materi gelap karena akan menjadi terobosan jika materi gelap menghancurkan dan menghasilkan sinar gamma dan partikel materi biasa. Ini akan menjadi skenario mimpi bagi astrofisikawan pemburu materi gelap. Tapi angan-angan tidak pernah mengarah pada penemuan besar. Dan sementara materi gelap paling sering disajikan sebagai penjelasan untuk surplus positron, hal itu tidak lebih mungkin daripada alien yang menjelaskan bintang Tabby.
Setelah meminta penjelasan dari Brenda Dingus, Principal Investigator HAWC, Ethan Siegel menerima komentar berikut:
“Tidak diragukan lagi ada sumber positron lainnya. Tetapi positron tidak menyimpang jauh dari sumbernya, dan tidak banyak sumber di dekatnya. Dua kandidat terbaik ditemukan oleh HAWC dan kami sekarang mengetahui jumlah positron yang mereka hasilkan. Kami juga tahu bagaimana positron ini berdifusi dari sumbernya; lebih lambat dari yang diharapkan. Meskipun kami telah memastikan sumber positron di dekatnya, kami telah menemukan bahwa positron sangat lambat menjauh dari tempat asalnya, dan oleh karena itu tidak menciptakan kelebihan positron di Bumi. Dengan menghilangkan satu kemungkinan, kita membuat kemungkinan lain menjadi lebih mungkin. Namun, ini tidak berarti positron HARUS berasal dari materi gelap. Kami tidak serius."
Hebatnya, positron dalam data HAWC hanya menyumbang 1% dari positron yang terlihat dalam eksperimen lain, menunjuk ke sesuatu yang lain sebagai pahlawan hari ini. Ketika pengamatan dibuat yang bertentangan dengan ide tradisional kita, seperti surplus astrofisika positron, tidak boleh dikesampingkan bahwa materi gelap mungkin terlibat. Tapi kemungkinan besar proses astrofisika lain menjelaskan efek ini. Ketika sebuah misteri muncul dalam sains, semua orang menginginkan revolusi, tetapi lebih sering daripada tidak mereka mendapatkan sesuatu yang biasa.
Ilya Khel
