Terbuat dari apakah Alam Semesta? Jangan khawatir jika Anda tidak memiliki petunjuk, para astronom juga tidak. James Jee dari Universitas Johns Hopkins menggunakan Hubble Space Telescope untuk membuat peta konsentrasi materi gelap yang terperinci di sekitar dua galaksi. Dan para astronom baru saja mendapatkan beberapa petunjuk baru.
Dengarkan wawancara: Dark Matter Maps (5 MB)
Atau berlangganan ke Podcast: Berlangganan
Kain Fraser: Kami sudah cukup lama mendengar istilah materi gelap. Bisakah Anda memberi kami pemahaman tentang apa itu materi gelap?
James Jee: Sebelum saya berbicara tentang materi gelap, saya harus menyebutkan apa yang sekarang diyakini para astronom tentang bagaimana Semesta menjadi seperti sekarang ini. Kami percaya bahwa 30% dari Semesta adalah materi, dan 70% lainnya adalah energi gelap, dan materi gelap terdiri lebih dari 90% materi di Semesta. Tidak ada yang mendeteksi materi gelap di laboratorium, sehingga mereka tidak tahu bentuk, warna, atau baunya, tetapi ada bukti bahwa itu ada di sana. Kita dapat mendeteksinya dengan yang disebut pelensaan gravitasi.
Fraser: Jadi, Anda baru-baru ini melakukan survei menggunakan Hubble Space Telescope untuk memetakan konsentrasi materi gelap. Apa proses untuk melakukan itu?
Dr. Jee: Materi gelap terdiri dari, seperti yang saya katakan, 90% materi di Semesta, dan tempat terbaik untuk mencari materi gelap adalah di mana ia paling berlimpah. Jadi kami mengarahkan Teleskop Luar Angkasa Hubble ke dua kelompok galaksi paling menarik yang terbentuk ketika Semesta berusia separuh dari usianya saat ini.
Fraser: Dan apa yang Anda lihat?
Jee: Kami memeriksa distribusi spektral dari galaksi latar belakang. Dengan memeriksa distorsi galaksi latar belakang itu, kami dapat menentukan kepadatan materi gelap di latar depan.
Fraser: Biarkan saya melihat apakah saya mengerti ini dengan benar. Anda sedang melihat galaksi yang jauh, dan dengan melihat bagaimana cahaya berubah ketika menghampiri kami, Anda dapat mendeteksi di mana ada gumpalan materi tersembunyi yang memengaruhinya secara gravitasi.
Jee: Tepat. Mungkin ini analogi yang bagus. Misalkan Anda membaca artikel berita menggunakan kaca pembesar, Anda dapat menyimpulkan kekuatan, atau ketebalan lensa dengan memeriksa seberapa besar huruf terlihat lebih besar melalui kaca pembesar. Demikian pula, jika Anda melihat distorsi, atau pembesaran, dari galaksi latar belakang, Anda dapat menentukan kepadatan materi gelap yang sulit dipahami di latar depan.
Fraser: Jadi, apa hubungan antara materi gelap dan galaksi yang bisa kita lihat?
Jee: Ini adalah materi dominan di Semesta dan memiliki gravitasi. Tanpa materi gelap, sangat sulit untuk membentuk galaksi dengan struktur skala besar yang kita lihat di Alam Semesta hari ini. Jadi yang pasti, materi gelap membantu pembentukan galaksi dalam struktur skala besar.
Fraser: Lalu, apakah mungkin bahwa di mana pun materi gelap menggumpal, di situlah kita cenderung melihat galaksi?
Jee: Ya, pada dasarnya itulah yang kami temukan dalam penelitian kami. Orang-orang berspekulasi bahwa materi gelap adalah partikel tanpa tabrakan dan materi gelap dan materi normal harus ada bersama-sama. Tapi tidak ada yang bisa menentukan ini dengan sangat jelas karena materi gelap tidak memancarkan gelombang elektromagnetik. Apa yang kami temukan menggunakan Hubble adalah bahwa galaksi bercahaya terbentuk di daerah terpadat dari lingkaran cahaya materi gelap itu.
Fraser: Jika kita tahu bahwa penggumpalan seperti ini terjadi - keduanya tampaknya berjalan beriringan - apakah ini memungkinkan Anda untuk membuang teori yang ada untuk apa materi gelap ini?
Jee: Ya, ini memberi kita banyak petunjuk. Kebanyakan orang percaya bahwa materi gelap tidak bertabrakan, tetapi beberapa menyarankan bahwa mereka mungkin memiliki beberapa sifat tabrakan seperti gas hidrogen. Cara materi gelap mengumpul memberi kita petunjuk tentang apa itu materi gelap. Misalkan materi gelap memiliki sifat tabrakan, seperti atom hidrogen, maka mereka sering bertabrakan satu sama lain, dan kita akan melihat distribusi halo materi gelap yang sangat halus. Tetapi kami telah menemukan bahwa struktur ini sangat gumpal, seperti massa galaksi itu sendiri. Itu menunjukkan bahwa partikel materi gelap, jika ada, akan menjadi partikel tanpa tabrakan seperti kebanyakan teori katakan dalam astronomi hari ini.
Fraser: Oh, begitu, jadi partikel sebenarnya yang bisa menyebabkan materi gelap ini begitu kecil, atau sangat lemah berinteraksi sehingga mereka bahkan tidak bersatu. Dan jika mereka melakukan bonk bersama, Anda akan benar-benar melihat percikan distribusi yang lebih merata. Jadi berdasarkan pada temuan yang Anda dapatkan, apa yang akan menjadi tahap selanjutnya dari penelitian Anda?
Jee: Program Kamera Tingkat Lanjut untuk Survei mencakup lebih dari 15 kluster galaksi yang sangat sangat menarik. Ini hanya dua hasil pertama. Kami percaya bahwa jika kami menyelesaikan 15 gugus galaksi kami untuk survei, maka kami akan memiliki gambaran yang lebih jelas tentang bagaimana materi gelap dan materi normal berinteraksi, mungkin oleh gravitasi bersama. Dan kita mungkin memiliki gagasan yang lebih jelas tentang bagaimana materi gelap berkontribusi pada pembentukan struktur skala besar Alam Semesta.
Fraser: Dan berdasarkan penelitian yang telah Anda lakukan sejauh ini, apakah Anda memiliki teori kesayangan untuk apa materi gelap itu?
Dr. Jee: Ya, jika Anda mengunjungi situs web Astro-ph, itu adalah situs web tempat orang mengunggah berbagai makalah penelitian mereka, dan ada sekitar 10 atau 15 makalah sehari. Dan ada banyak spekulasi tentang ini yang sangat menarik dan masuk akal. Tapi saya kira sifat materi gelap dapat dijawab dalam 10 atau 15 tahun dari sekarang, tetapi kami masih mencari. Penelitian kami memberikan resolusi materi gelap yang belum pernah terjadi sebelumnya dapat membedakan antara partikel collisional dan collisionless.
Fraser: Dan apakah ada instrumen lain selain Hubble yang dapat melakukan pekerjaan ini?
Jee: Kita bisa melakukan pelensaan gravitasi menggunakan teleskop berbasis darat. Faktanya pada tahun 1990 orang pertama kali mendeteksi materi gelap menggunakan pelensaan gravitasi. Tetapi ketika Anda melakukan pelensaan gravitasi menggunakan teleskop berbasis darat, resolusinya sangat buruk. Dengan kata lain, turbulensi atmosfer akan mengotori pelensaan gravitasi sehingga kita tidak dapat melihat gambar berkualitas tinggi dari materi gelap. Tetapi jika kita menggunakan teleskop di luar angkasa, maka itu tidak mengaburkan bentuk gambar latar belakang sehingga Anda menghemat sinyal pelensaan gravitasi. Kita dapat menghasilkan gambar dengan resolusi sangat tinggi dari distribusi materi gelap.
Fraser: Dan instrumen yang lebih besar akan memberi Anda gambaran yang lebih baik.
Jee: Pasti. Teleskop berikutnya adalah JWST (James Webb Space Telescope) yang secara efektif akan meningkatkan resolusi signifikansi materi gelap dengan faktor 10 atau lebih.
Fraser. Apakah Anda pikir Anda melihat sesuatu yang sangat berbeda dengan resolusi 10x?
Dr. Jee: Bentuk global distribusi materi gelap tidak akan banyak berubah, tetapi dalam hal ini kita mungkin dapat membandingkan struktur materi gelap sehubungan dengan galaksi. Dalam hal itu, kita mungkin dapat menjawab apakah partikel materi gelap memiliki beberapa sifat tumbukan. Pada awalnya, saya mengatakan bahwa apa yang saya temukan konsisten dengan hipotesis tanpa tabrakan. Tetapi ada beberapa saran bahwa partikel materi gelap mungkin memiliki beberapa sifat tumbukan yang sangat kecil. Jadi kita bisa menentukan offset antara materi gelap dan materi galaksi. Itu memberi Anda banyak kendala yang mungkin pada penampang tumbukan antara partikel materi normal dan gelap.
Penelitian ini dilaporkan di Space Magazine pada 13 Desember 2005.
