Para astronom memetakan materi gelap secara tidak langsung, melalui tarikan gravitasinya pada objek lain.
Paul M. Sutter adalah seorang astrofisikawan di Universitas Negeri Ohio, tuan rumah dari Tanya seorang angkasawan dan Radio luar angkasa, dan penulis "Tempat Anda di Alam Semesta."Sutter menyumbang artikel ini untuk Suara Ahli Space.com: Op-Ed & Insights.
Studi modern tentang seluruh alam semesta, cabang ilmu pengetahuan yang dikenal sebagai kosmologi, berutang status saat ini kepada banyak tokoh terkenal, kembali selama hampir satu abad penelitian yang didedikasikan dan dimenangkan dengan susah payah.
Beberapa nama ini mungkin tidak asing lagi: Albert Einstein, Edwin Hubble, Vera Rubin, dll. Namun baru-baru ini komite Hadiah Nobel mengakui kontribusi nama yang mungkin tidak Anda kenal, Jim Peebles, dan memberinya setengah dari penghargaan fisika 2019, "untuk kontribusi pada pemahaman kita tentang evolusi alam semesta dan tempat Bumi di kosmos."
Cukuplah untuk mengatakan, kosmologi tidak akan berada di tempatnya saat ini tanpa upaya Jim Peebles. Itu satu hal untuk menyatakan Model Big Bang dalam kesederhanaan kaos (misalnya, "alam semesta dulunya lebih kecil dan lebih panas, dan sekarang tidak"), tetapi hal yang sama sekali berbeda untuk mengubahnya menjadi formulasi matematis yang tepat yang mampu membuat prediksi untuk dibandingkan dengan pengamatan. Cukup adil untuk mengatakan bahwa Peebles membantu mengubah kosmologi dari "ide yang rapi dan umumnya benar" menjadi "bidang sains nyata." Mari kita jelajahi tiga jalan utama di mana wawasannya telah membimbing kita:
Latar belakang gelombang mikro kosmik
Jika alam semesta awal lebih kecil dari sekarang, maka ia juga pasti lebih panas dan lebih padat. Dan begitu Anda menerima kenyataan ini, Anda dengan cepat menyadari bahwa, pada suatu titik di masa lalu yang jauh, alam semesta pasti begitu padat dan begitu panas sehingga ada dalam keadaan materi yang sama sekali berbeda.
Lebih dari 13 miliar tahun yang lalu, ketika alam semesta adalah sekitar sepersejuta dari volumenya saat ini, semua benda di kosmos begitu saling bersentuhan sehingga merupakan plasma, suatu keadaan materi di mana elektron-elektron terlepas dari atom dan bebas untuk berkeliaran sendiri. Saat itu, alam semesta cukup intens.
Tapi kemudian semakin tua, semakin besar dan semakin dingin. Dan pada usia tertentu, suhu dan tekanan turun di bawah ambang kritis dan elektron dapat melekatkan diri pada atom tanpa segera terlempar. Dalam sekejap, alam semesta menjadi transparan terhadap radiasi, dan cahaya itu - benar-benar putih-panas pada saat dilepaskan - bertahan hingga hari ini, merendam kosmos.
Tetapi hari ini cahaya itu telah kehilangan banyak uap dan dingin hanya beberapa derajat di atas nol absolut, dengan kuat di pita gelombang mikro. Ini "latar belakang gelombang mikro kosmik"Secara tidak sengaja ditemukan oleh sepasang fisikawan gelombang mikro pada tahun 1964, tetapi tanpa diketahui mereka, sekelompok ahli teori termasuk Peebles telah meramalkan keberadaannya. Fisikawan gelombang mikro memenangkan Nobel pada tahun 1978, tetapi tidak pernah terlambat bagi komite Nobel untuk mengenali ahli teori juga.
Materi gelap
Pada 1970-an, astronom Vera Rubin menemukan sesuatu yang lucu terjadi dengan galaksi: bintang-bintang di dalamnya mengorbit terlalu cepat. Begitu cepat, pada kenyataannya, galaksi-galaksi seharusnya telah membelah diri miliaran tahun yang lalu. Tapi di sanalah mereka, bahagia seperti kerang.
Apa yang sedang terjadi? Apakah kita tidak memahami sesuatu tentang sifat gravitasi pada skala sebesar galaksi? Atau apakah alam semesta memiliki bahan tambahan yang tersembunyi bagi kita sampai pengamatan Rubin?
Beberapa astronom, termasuk Rubin sendiri, berpikir bahwa kami perlu mengubah hukum fisika untuk memperbaiki keadaan. Tetapi yang lain, termasuk Peebles, mengira bahwa ada lebih banyak galaksi daripada yang terlihat. Dia adalah salah satu pendukung awal dari apa yang sekarang kita sebut "materi gelap dingin" - bentuk materi baru yang tidak berinteraksi dengan cahaya (dan karenanya tidak berinteraksi dengan hal lain kecuali melalui gravitasi). Kita sekarang tahu itu materi gelap jenuh alam semesta, membasmi materi normal dengan setidaknya rasio 5: 1.
Kerikil dan kolaborator melakukan kerja keras menyelidiki apa hipotesis baru ini akan berarti dalam hal perilaku galaksi, dan memberikan tes bermanfaat bagi pengamat untuk menargetkan dan mengukur.
Saat ini, sementara kami masih belum sepenuhnya memahami materi gelap - dan kami belum menentukan identitas pastinya - bukti telah datang dari berbagai sudut, termasuk jejak halus dalam latar belakang gelombang mikro kosmik itu sendiri, bahwa materi gelap adalah bahan utama dari kami alam semesta.
Struktur kosmik
Tetapi Peebles tidak berhenti pada saat-saat awal Big Bang atau komponen misterius dan tak terlihat bagi alam semesta kita. Peebles menjadi besar.
Kita melihat di alam semesta di sekitar kita segala macam galaksi yang berbeda dalam segala macam pengaturan yang fantastis. Beberapa galaksi terikat bersama dalam kelompok raksasa, sementara yang lain adalah penyendiri. Beberapa besar dan besar, dan lainnya kecil dan hampir tidak terlihat. Dan ketika kita memperkecil ke skala yang paling besar, kita melihat luas "web kosmik, "pola terbesar yang ditemukan di alam, struktur yang memanjang dari satu ujung alam semesta yang terlihat ke yang lain.
Jaring kosmik terbuat dari galaksi, dan seperti namanya, tampak seperti jaring laba-laba kosmik.
Bagaimana bisa? bahwa terjadi?
Peebles dan teman-temannya memimpin cara untuk menjelaskan asal-usul jaring kosmik, menemukan bahwa struktur di alam semesta kita tumbuh perlahan seiring waktu, membangun dari bit yang lebih kecil ke bit yang lebih besar dengan setiap eon yang lewat.
Mereka menemukan cara mencari petunjuk dari benih struktur dalam latar belakang gelombang mikro kosmik, yang terlihat sebagai variasi kecil suhu yang tidak lebih besar dari 1 bagian dalam 100.000. Variasi-variasi itu adalah lokasi kumpulan pertama dari kepadatan yang sedikit lebih tinggi dari rata-rata, di mana lebih banyak materi (terutama materi gelap!) Akan mengalir selama jutaan tahun.
Akhirnya nugget-nugget kecil itu akan tumbuh menjadi galaksi, dan beberapa galaksi berkumpul bersama untuk membentuk kelompok galaksi. Dan karena semua hal yang digunakan untuk membangun struktur besar ini harus datang dari suatu tempat, daerah kosong yang luas dibuka dan diperluas. Ini menjadi celah di web kosmik, yang dikenal sebagai void.
Selama beberapa dekade Jim Peebles telah menulis ratusan makalah dan berkolaborasi dengan ratusan astronom, astrofisika, fisikawan, dan kosmolog, dan ia adalah pemain penting dalam lukisan potret alam semesta yang sekarang kita pahami.
- Hadiah Nobel dalam Fisika: 1901-Sekarang
- Materi Gelap dan Energi Gelap: Misteri Dijelaskan (Infografis)
- 11 Pertanyaan Belum Terjawab Tentang Dark Matter
Anda dapat mendengarkan podcast Ask A Spaceman aktifiTunes, dan di Web pada http://www.askaspaceman.com. Ajukan pertanyaan Anda sendiri di Twitter menggunakan #AskASpaceman, atau dengan mengikuti Paul @PaulMattSutter dan facebook.com/PaulMattSutter. Ikuti kami di Twitter @Spacedotcom atau Facebook.
