Sederhananya, Dark Matter tidak hanya diyakini membentuk sebagian besar massa Semesta, tetapi juga bertindak sebagai perancah tempat galaksi dibangun. Tetapi untuk menemukan bukti dari massa misterius dan tak terlihat ini, para ilmuwan terpaksa mengandalkan metode tidak langsung yang serupa dengan yang digunakan untuk mempelajari lubang hitam. Pada dasarnya, mereka mengukur bagaimana kehadiran Dark Matter mempengaruhi bintang dan galaksi di sekitarnya.
Sampai saat ini, para astronom telah berhasil menemukan bukti gumpalan materi gelap di sekitar galaksi menengah dan besar. Menggunakan data dari Teleskop Luar Angkasa Hubble dan teknik pengamatan baru, tim astronom dari UCLA dan NASA JPL menemukan bahwa materi gelap dapat membentuk gumpalan yang jauh lebih kecil daripada yang diperkirakan sebelumnya. Temuan ini dipresentasikan minggu ini pada pertemuan ke-235 dari American Astronomical Society (AAS).
Teori yang paling banyak diterima tentang Dark Matter menyatakan bahwa ia tidak terdiri dari hal yang sama seperti baryonic (alias materi normal atau "bercahaya") - yaitu proton, neutron, dan elektron. Alih-alih, Dark Matter berteori untuk dibuat dari semacam partikel subatom yang tidak diketahui yang berinteraksi dengan materi normal hanya melalui gravitasi, yang paling lemah dari kekuatan fundamental - yang lainnya adalah gaya nuklir yang elektromagnetik, kuat, dan lemah.
Teori lain yang diterima secara luas menyatakan bahwa Dark Matter bergerak lambat dibandingkan dengan jenis partikel lain, dan karena itu cenderung menggumpal. Sesuai dengan gagasan ini, Semesta harus mengandung berbagai konsentrasi materi gelap, mulai dari kecil hingga besar. Namun, sampai sekarang, tidak ada konsentrasi kecil yang pernah diamati.
Dengan menggunakan data yang diperoleh Hubble Wide Field Camera 3 (WFC3), tim peneliti berusaha menemukan bukti dari rumpun kecil ini dengan mengukur cahaya dari nuklei terang delapan galaksi jauh (alias quasar) untuk melihat bagaimana pengaruhnya ketika bergerak melalui ruang. Teknik ini, yang biasanya digunakan oleh para astronom untuk mempelajari galaksi yang jauh, gugus bintang, dan bahkan exoplanet, dikenal sebagai pelensaan gravitasi.
Awalnya diprediksi oleh Teori Relativitas Umum Einstein, teknik ini bergantung pada gaya gravitasi objek kosmik besar untuk melengkung dan memperbesar cahaya dari objek yang lebih jauh. Daniel Gilman dari UCLA, yang merupakan anggota tim pengamatan, menjelaskan prosesnya sebagai berikut:
"Bayangkan bahwa masing-masing dari delapan galaksi ini adalah kaca pembesar raksasa. Gumpalan materi gelap kecil bertindak sebagai retakan kecil pada kaca pembesar, mengubah kecerahan dan posisi empat gambar quasar dibandingkan dengan apa yang Anda harapkan untuk melihat apakah kaca itu halus. "
Seperti yang diharapkan, para Hubble gambar menunjukkan bahwa cahaya yang berasal dari delapan quasar ini tunduk pada efek pelensaan yang konsisten dengan keberadaan gumpalan kecil di sepanjang garis pandang teleskop dan di dalam dan di sekitar galaksi pelensa foreground. Delapan quasar dan galaksi sejajar sehingga efek warping menghasilkan empat gambar terdistorsi dari setiap quasar.
Dengan menggunakan program komputasi yang rumit dan teknik rekonstruksi intensif, tim kemudian membandingkan tingkat distorsi dengan prediksi bagaimana quasar akan muncul tanpa pengaruh Dark Matter. Pengukuran ini juga digunakan untuk menghitung massa konsentrasi materi gelap, yang menunjukkan bahwa mereka adalah 1 / 10.000 ke 1 / 100.000 kali massa halo Bimasakti milik Bima Sakti sendiri.
Selain menjadi yang pertama kali konsentrasi kecil telah diamati, hasil tim mengkonfirmasi salah satu prediksi mendasar dari teori "Cold Dark Matter". Teori ini mendalilkan bahwa karena Dark Matter bergerak lambat (atau "dingin"), ia dapat membentuk struktur mulai dari konsentrasi kecil hingga yang luar biasa yang beberapa kali massa Bimasakti.
Teori ini juga menyatakan bahwa semua galaksi di Semesta terbentuk di dalam awan Dark Matter yang dikenal sebagai "halo" dan menjadi tertanam di dalamnya. Sebagai pengganti bukti rumpun skala kecil, beberapa peneliti telah menyarankan bahwa Dark Matter mungkin benar-benar "hangat" - yaitu bergerak cepat - dan karena itu terlalu cepat untuk membentuk konsentrasi yang lebih kecil.
Namun, pengamatan baru menawarkan bukti definitif bahwa teori Cold Dark Matter dan model kosmologis yang didukungnya - model Lambda Cold Dark Matter (? CDM) - benar. Seperti yang dijelaskan oleh anggota tim, Prof. Tommaso Treu dari Universitas California, Los Angeles (UCLA), ini yang terbaru Hubble pengamatan menghasilkan wawasan baru tentang sifat materi gelap dan bagaimana perilakunya.
"Kami membuat tes pengamatan yang sangat menarik untuk model materi gelap dingin dan lulus dengan warna terbang," katanya. "Sungguh luar biasa bahwa setelah hampir 30 tahun beroperasi, Hubble memungkinkan pandangan mutakhir ke dalam fisika dasar dan sifat alam semesta yang bahkan tidak kita impikan ketika teleskop diluncurkan."
Anna Nierenberg, seorang peneliti dengan NASA Jet Propulsion Laboratory yang memimpin Hubble survei, dijelaskan lebih lanjut:
Berburu untuk konsentrasi materi gelap tanpa bintang telah terbukti menantang. Namun, tim peneliti Hubble menggunakan teknik di mana mereka tidak perlu mencari pengaruh gravitasi bintang sebagai pelacak materi gelap. Tim menargetkan delapan "lampu jalan" kosmik yang kuat dan jauh yang disebut quasar (daerah di sekitar lubang hitam aktif yang memancarkan cahaya yang sangat besar). Para astronom mengukur bagaimana cahaya yang dipancarkan oleh oksigen dan gas neon yang mengorbit masing-masing lubang hitam quasar dibengkokkan oleh gravitasi galaksi latar depan yang besar, yang bertindak sebagai lensa pembesar.
Jumlah struktur kecil yang terdeteksi dalam penelitian ini menawarkan lebih banyak petunjuk tentang sifat partikel materi gelap karena sifat mereka akan mempengaruhi berapa banyak rumpun terbentuk. Namun, jenis partikel yang terdiri dari Dark Matter tetap menjadi misteri untuk saat ini. Untungnya, penyebaran teleskop ruang angkasa generasi mendatang dalam waktu dekat diharapkan dapat membantu dalam hal itu.
Ini termasuk James Webb Space Telescope (JWST) dan Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), keduanya merupakan observatorium inframerah yang dijadwalkan akan naik dekade ini. Dengan optik canggih, spektrometer, bidang pandang besar, dan resolusi tinggi, teleskop ini akan dapat mengamati seluruh wilayah ruang yang dipengaruhi oleh galaksi besar, gugusan galaksi, dan lingkaran cahaya masing-masing.
Ini seharusnya membantu para astronom menentukan sifat sebenarnya dari Materi Gelap dan bagaimana bentuk partikel-partikel penyusunnya. Pada saat yang sama, para astronom berencana untuk menggunakan instrumen yang sama ini untuk mempelajari lebih lanjut tentang Energi Gelap, misteri kosmologis besar lainnya yang hanya dapat dipelajari secara tidak langsung untuk saat ini. Waktu yang menyenangkan ada di depan!
