Pada bulan Februari 2016, para ilmuwan yang bekerja untuk Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) membuat sejarah ketika mereka mengumumkan deteksi pertama gelombang gravitasi. Sejak saat itu, beberapa deteksi telah terjadi dan kolaborasi ilmiah antara observatorium - seperti Advanced LIGO dan Advanced Virgo - memungkinkan tingkat sensitivitas dan pembagian data yang belum pernah terjadi sebelumnya.
Peristiwa ini tidak hanya mengkonfirmasi ramalan seabad yang dibuat oleh Teori Relativitas Umum Einstein, tetapi juga menyebabkan revolusi dalam astronomi. Ini juga memicu harapan beberapa ilmuwan yang percaya bahwa lubang hitam dapat menjelaskan "massa yang hilang" di Semesta. Sayangnya, sebuah penelitian baru oleh tim fisikawan UC Berkeley telah menunjukkan bahwa lubang hitam bukanlah sumber Dark Matter yang lama dicari.
Studi mereka, "Batas pada Stellar-Mass Compact Objects sebagai Materi Gelap dari Lensing Gravitasi Tipe Ia Supernovae", baru-baru ini muncul di Surat Tinjauan Fisik. Penelitian ini dipimpin oleh Miguel Zumalacarregu, Marie Curie Global Fellow di Berkeley Center for Cosmological Physics (BCCP), dengan dukungan Uros Seljak - seorang profesor kosmologi dan co-direktur BCCP.
Sederhananya, Dark Matter tetap menjadi salah satu misteri paling sulit dipahami dan menyulitkan yang dihadapi para astronom saat ini. Terlepas dari kenyataan bahwa itu terdiri 84,5% dari materi di Semesta, semua upaya untuk menemukannya sejauh ini gagal. Banyak kandidat telah diusulkan, mulai dari partikel ultralight (axions) hingga Weakly-Interacting Massive Particles (WIMPS) dan Massive Compact Halo Objects (MACHOs).
Namun, para kandidat ini memiliki massa 90 kali lipat, yang beberapa teoretikus telah mencoba untuk menyelesaikannya dengan mengusulkan bahwa mungkin ada beberapa jenis materi gelap. Namun, ini akan membutuhkan penjelasan yang berbeda untuk asal-usulnya, yang hanya akan memperumit model kosmologis lebih lanjut. Seperti yang dijelaskan Miguel Zumalacárregui dalam siaran pers UC Berkeley baru-baru ini:
“Saya bisa membayangkan itu menjadi dua jenis lubang hitam, sangat berat dan sangat ringan, atau lubang hitam dan partikel baru. Tetapi dalam kasus itu salah satu komponen adalah urutan besarnya lebih berat dari yang lain, dan mereka harus diproduksi dalam jumlah yang sebanding. Kita akan beralih dari sesuatu yang astrofisika ke sesuatu yang benar-benar mikroskopis, bahkan mungkin yang paling ringan di alam semesta, dan itu akan sangat sulit untuk dijelaskan. "
Demi penelitian mereka, tim melakukan analisis statistik dari 740 supernova paling terang yang ditemukan (pada 2014) untuk menentukan apakah ada di antara mereka yang diperbesar atau dicerahkan oleh kehadiran lubang hitam yang menyatu. Fenomena ini, di mana gaya gravitasi benda besar memperbesar cahaya yang datang dari benda yang lebih jauh dikenal sebagai "pelensaan gravitasi".
Pada dasarnya, jika lubang hitam adalah bentuk materi dominan di Semesta, maka supernova yang diperbesar secara gravitasi akan terjadi lebih sering karena lubang hitam purba. Bentuk-bentuk hipotetis lubang hitam ini diyakini telah terbentuk dalam beberapa milidetik pertama setelah Dentuman Besar di beberapa bagian Semesta di mana massa terkonsentrasi pada puluhan atau ratusan Massa Matahari, menyebabkan lubang hitam paling awal terbentuk.
Kehadiran populasi lubang hitam ini, serta benda padat yang besar, akan secara gravitasi menekuk dan memperbesar cahaya dari benda yang jauh dalam perjalanannya ke Bumi. Hal ini terutama berlaku untuk supernova Tipe Ia yang jauh, yang telah digunakan para astronom selama beberapa dekade sebagai sumber kecerahan standar untuk mengukur jarak kosmik dan laju perkembangan Semesta.
Namun, setelah melakukan analisis statistik yang kompleks data pada kecerahan dan jarak 740 supernova - 580 di Uni dan 740 dalam katalog Analisis Light-curve Bersama (JLA) - tim menyimpulkan bahwa delapan supernova harus lebih cerah oleh beberapa persepuluh persen dari apa yang telah diamati secara historis. Namun, tidak ada pencerahan seperti itu yang terdeteksi, bahkan ketika lubang hitam bermassa rendah diperhitungkan.
"Anda tidak dapat melihat efek ini pada satu supernova, tetapi ketika Anda menggabungkan semuanya dan melakukan analisis Bayesian lengkap, Anda mulai menempatkan kendala yang sangat kuat pada materi gelap, karena setiap supernova penting dan Anda memiliki begitu banyak dari mereka," kata Zumalacárregui.
Dari analisis mereka, mereka menyimpulkan bahwa lubang hitam dapat membentuk tidak lebih dari sekitar 40% materi gelap di Semesta. Setelah memasukkan 1.048 supernova yang lebih terang dari katalog Pantheon (dan pada jarak yang lebih jauh), kendala menjadi lebih ketat. Dengan kumpulan data kedua ini, mereka memperoleh batas atas yang bahkan lebih rendah - 23% - daripada dalam analisis aslinya.
Hasil ini menunjukkan bahwa tidak ada satu pun materi gelap Semesta yang terdiri dari lubang hitam yang berat, atau benda besar yang serupa seperti MACHO. "Kami kembali ke diskusi standar," kata Seljak. "Apa itu materi gelap? Memang, kami kehabisan pilihan yang baik. Ini adalah tantangan bagi generasi masa depan. "
Studi ini didasarkan pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Seljak pada akhir 1990-an ketika para ilmuwan mempertimbangkan MACHOs dan benda-benda besar lainnya sebagai kemungkinan sumber materi gelap. Namun, penelitian ini terbatas karena fakta bahwa hanya sejumlah kecil supernova Tipe Ia yang jauh telah ditemukan atau diukur jaraknya pada saat itu.
Selain itu, pencarian Dark Matter bergeser tak lama kemudian dari benda besar ke partikel fundamental (seperti WIMP). Akibatnya, rencana untuk tindak lanjut yang dipelajari tidak terwujud. Tetapi berkat pengamatan LIGO tentang gelombang gravitasi, kemungkinan hubungan antara lubang hitam dan materi gelap sekali lagi muncul dan menginspirasi Seljak dan Zumalacárregui untuk melakukan analisis mereka.
"Apa yang menarik adalah bahwa massa lubang hitam dalam acara LIGO tepat di mana lubang hitam belum dikecualikan sebagai materi gelap," kata Seljak. “Itu adalah kebetulan yang menarik yang membuat semua orang bersemangat. Tapi itu kebetulan. "
Teori Dark Matter secara resmi diadopsi pada 1970-an, selama "Zaman Keemasan Relativitas", untuk menjelaskan perbedaan antara massa benda yang tampak di Semesta dan efek gravitasi yang diamati. Tampaknya setengah abad kemudian, kita masih berusaha melacak massa misterius dan tak kasat mata ini. Tetapi dengan setiap studi, kendala tambahan ditempatkan pada Dark Matter dan kandidat yang mungkin dihilangkan.
Mengingat waktu, kita mungkin membuka kunci misteri kosmologis ini dan menjadi satu langkah lebih dekat untuk memahami bagaimana Semesta terbentuk dan berevolusi.
