Teori materi gelap eksotis. Jika Anda penggemar semua hal menakjubkan di alam semesta, maka artikel ini adalah untuk Anda.
Sebagian besar isi alam semesta kita adalah suatu bentuk yang sama sekali tidak diketahui oleh fisika. Itu hanya fakta mentah bahwa kita semua harus terbiasa. Jika Anda tergoda untuk berpikir bahwa itu hanya semacamkosmologis masalah, masalah yang hanya muncul pada skala yang paling besar, baik maka saya punya kabar buruk untuk Anda. Salah satu komponen misterius ke kosmos adalah - sejauh yang dapat kita katakan - suatu bentuk materi.
Tapi bukan sembarang bentuk masalah, kalau tidak kita akan melihatnya sekarang. Tidak, kami pikir itu semacamgelap masalah; masalah yang tidak berinteraksi dengan cahaya. Tidak ada emisi Tidak ada penyerapan. Tidak ada hamburan. Tidak ada. Dan fakta bahwa materi gelap itu ada seharusnya tidakbahwa mengejutkan, bukan? Lagi pula, siapa yang mendiktekan semua itu di alam semestaharus berinteraksi dengan cahaya?
Tidak ada yang melakukannya, jadi kita di sini. Jika Anda melihat galaksi acak, benda-benda yang menyala - bintang, nebula, dll - hanya mewakili sebagian kecil dari jumlah total massa di galaksi itu. Rasio yang tepat antara materi "normal" dan hal-hal gelap tergantung pada banyak faktor, seperti sejarah pembentukan galaksi. Tetapi secara umum, semakin kecil galaksi, semakin didominasi oleh materi gelap.
Galaksi terkecil, yang dikenal sebagai galaksi kerdil, dapat menyediakan laboratorium yang berguna untuk mempelajari materi gelap. Dalam galaksi-galaksi ini, materi gelap bebas untuk melakukan apa yang materi gelap lakukan tanpa ada materi yang berinteraksi dengan cahaya sial untuk benar-benar menyulitkan hal-hal. Jika dark matter melakukan sesuatu yang aneh (yah, lebih aneh dari sekadar yang ada), seperti berinteraksi dengan dirinya sendiri melalui kekuatan nuklir yang lemah, atau terdiri dari berbagai jenis partikel eksotis, maka efek apa pun akan membuat diri mereka lebih menonjol di galaksi kerdil daripada sesuatu seperti Bima Sakti.
Ini semua bagus dan bagus, kecuali untuk peringatan kecil bahwa sementara semua fisika menarik ini terjadi di bawah tenda, sulit bagi kita untuk melihatnya. Karena gelap.
Satu hal dari banyak hal yang tidak kita mengerti tentang materi gelap adalah bagaimana berperilaku di inti galaksi. Simulasi sederhana evolusi galaksi memprediksi sesuatu yang disebut "puncak" - mur keras dengan kepadatan sangat tinggi yang berada di pusat galaksi yang sebaliknya berwarna krem. Tetapi pengamatan tidak menjelaskan hal ini: seharusnya ada banyak bintang mengikuti pengaruh gravitasi semua materi gelap itu. Dan tentu saja ada banyak bintang di pusat galaksi, tetapi tidakbahwa banyak.
Sesuatu harus memuluskan materi gelap pusat. Bisa jadi interaksi eksotis dalam materi gelap itu sendiri. Ini bisa jadi penyebab yang lebih duniawi seperti angin supernova yang mengeluarkan gas. Bisa jadi keduanya, atau tidak sama sekali.
Para astronom sangat, sangat tertarik pada inti galaksi, dan terutama galaksi kerdil, karena di sanalah mereka berpotensi belajar banyak tentang materi gelap. Dan terlepas dari fisiknya yang rumit dan berantakan, kita masih membutuhkan bintang dan gas untuk mengamati, menyelidiki, dan mempelajari galaksi kerdil, berharap kita dapat melacak perilaku materi gelap yang mendasarinya. Tapi galaksi kerdil jauh, redup, dan kecil - dan inti mereka lebih dari itu.
Bagaimana mungkin kita mengintip ke dalam mereka?
Untungnya galaksi memiliki lebih dari warga bintang. Mereka juga memiliki lubang hitam. Supermasif raksasa dalam inti mereka dan jutaan yang lebih kecil mengambang di dalamnya. Dan fakta bahwa lubang hitam raksasa cenderung berkumpul di inti galaksi inang mereka mungkin berguna. Jadi mungkin - bekerjalah dengan saya di sini - jika kita bisa mempelajari perilaku lubang hitam di dalam galaksi kerdil, kita mungkin mendapatkan beberapa petunjuk tentang sifat materi gelap.
Tapi lubang hitam juga hitam dan sulit dilihat. Dan kecil. Dan jauh sekali. Untungnya, kita tidak perlu melihat lubang hitam - kita bisa mendengarnya.
Ketika lubang hitam bertabrakan, mereka mengguncang dan merusak kain ruangwaktu sedemikian rupa sehingga menyebabkan gelombang, seperti riak yang menyebar dari batu besar yang jatuh ke air. Gelombang-gelombang gravitasi ini menyebar ke seluruh ruang dengan kecepatan cahaya, yang sedikit meregangkan dan meremas segala materi yang ikut campur saat mereka membasuhnya. Faktanya, tubuh Anda, ketika Anda membaca ini, ditarik dan ditekan seperti sepotong dempul dari gelombang gravitasi yang tak terhitung banyaknya yang melewati Bumi.
Gelombang gravitasi ini sangat sulit untuk dideteksi, itulah sebabnya orang pertama yang mengukurnya mendapat beberapa hadiah Nobel atas upaya selama puluhan tahun mereka menggunakan sinar cahaya yang mengganggu untuk menangkap sinyal halus.
Tetapi tiga pengamat gelombang gravitasi kita di permukaan Bumi tidak dapat membantu kita dengan masalah lubang hitam di dalam galaksi kerdil kita untuk mempelajari masalah materi gelap. Lubang hitam itu - dikenal sebagailubang hitam menengah-massa - terlalu kecil untuk membuat sinyal yang terdeteksi di sini di Bima Sakti ketika mereka bergabung.
Tapi observatorium gelombang gravitasi di ruang angkasa bisa. Misi LISA yang diusulkan (yang berarti, seperti yang Anda duga, Laser Interferometer Space Antenna) mungkin memiliki sensitivitas yang tepat untuk melihat sinyal menggabungkan lubang hitam berukuran sedang, seperti yang ditemukan di jantung galaksi kerdil.
Dan menurut sebuah makalah baru yang baru-baru ini diterima oleh Astrophysical Journal Letters yang dipimpin oleh Tomas Tomfal dari University of Zurich, berbagai model materi gelap (dan kemungkinan interaksi dengan jenis materi pencinta cahaya normal) dapat memengaruhi seberapa sering dan seberapa cepat lubang hitam di galaksi kerdil bergabung, yang merupakan sesuatu yang LISA dapat pilih.
Ini adalah jalan memutar untuk memahami materi gelap, tetapi dalam masalah yang sama menjengkelkannya dengan ini, ini adalah yang menjanjikan.
Baca lebih lanjut: "Pembentukan LISA Black Hole Binaries dalam Penggabungan Galaksi Kurcaci: Jejak dari Materi Gelap"
