Fisikawan telah lama berusaha untuk membuka materi gelap dan melihat substansi misterius yang membentuk seperempat alam semesta. Satu ide untuk apa yang bersembunyi di balik jubah tembus pandang? Banyak partikel kecil dan tidak jelas yang berperilaku seperti satu partikel raksasa.
Tetapi perburuan terbaru untuk partikel ultralight yang tidak jelas, yang diterbitkan pada 28 Februari di Journal of Cosmology dan Astroparticle Physics, muncul dengan tangan kosong.
Hasilnya menunjukkan bahwa jika materi gelap benar-benar terbuat dari partikel-partikel sangat kecil ini, ia sama sulitnya dengan namanya, dan nyaris tidak berinteraksi dengan materi biasa.
Jantung kegelapan
Materi gelap adalah salah satu rahasia paling dijaga di alam semesta. Benda-benda itu tidak berinteraksi dengan cahaya, namun memberi gaya gravitasi pada benda lain. Meskipun itu membentuk sekitar seperempat massa dan energi di alam semesta, para ilmuwan tampaknya tidak dapat menemukannya, atau bahkan mencari tahu dari apa ia dibuat.
Banyak ilmuwan berspekulasi bahwa materi gelap dapat terdiri dari partikel-partikel masif yang berinteraksi lemah, WIMPs. Tapi teori WIMP muncul pendek dalam beberapa cara. Sebagai contoh, partikel-partikel ini seharusnya menyebabkan struktur kecil di jaringan galaksi yang belum pernah dilihat para astronom. Jadi sebagai gantinya, beberapa ilmuwan mencari arah lain untuk materi gelap - ke partikel ultralight.
Sementara ada banyak ide tentang apa yang mungkin menjadi materi gelap, tidak ada satu pun dari mereka yang memiliki banyak bukti pendukung, kata Sergey Troitsky, rekan penulis makalah dan peneliti di Institute for Nuclear Research di Rusia Academy of Sciences. "Jadi, seseorang perlu mempertimbangkan, mempelajari, dan mengecualikan semua kemungkinan satu per satu."
Beberapa teori ultralight, juga dikenal sebagai fuzzy, dark matter, mengusulkan sebuah partikel yang sekitar 10 ^ 28 kali lebih ringan dari sebuah elektron. Materi gelap "fuzzy" ini dinamai demikian karena massanya yang rendah berarti ia bertindak lebih seperti partikel yang dioleskan dengan buram. batas daripada gelombang. Penelitian baru menguji cara untuk mencari jenis partikel dalam cahaya dari galaksi aktif.
Karena materi gelap membentuk sebagian besar dari alam semesta, jika terbuat dari partikel ultralight, pasti ada banyak. Begitu banyak, pada kenyataannya, bahwa mereka akan ada dalam keadaan yang unik, seperti bidang atau kondensat Bose-Einstein - suatu keadaan di mana partikel, sering pada suhu yang sangat dingin, berkumpul bersama dan bertindak secara kohesi sebagai satu. Sementara partikel materi gelap individu tidak berinteraksi dengan cahaya - itulah sebabnya para ilmuwan telah berjuang untuk menemukannya - pada skala besar, bidang tersebut akan memiliki efek nyata pada polarisasi, atau orientasi cahaya ketika bergoyang di luar angkasa. Ini akan terjadi ketika kerapatan bidang berosilasi secara teratur, yang pada dasarnya mengubah cara cahaya melintasi wilayah.
Teori ini menyatakan bahwa efek ini dapat dilihat di wilayah dark matter setidaknya 325 tahun cahaya. Laju osilasi lapangan bergantung langsung pada massa partikel materi gelap ultralight, sehingga dengan melihat efek ini para ilmuwan berharap mereka dapat mengukur massa materi gelap.
Untuk mencari perubahan dalam polarisasi cahaya akibat bidang ultralight dark matter, para ilmuwan melihat data arsip dari Very Long Baseline Array, sebuah teleskop radio yang terdiri dari 10 (82 kaki) (25 meter) teleskop yang dioperasikan dari Socorro, New Meksiko. Mereka fokus pada cahaya dari hati 30 galaksi, yang memuntahkan sejumlah besar materi dalam jet yang dapat merentang ratusan tahun cahaya. Cahaya dari galaksi ini sangat terpolarisasi dan telah dipelajari dengan baik, sehingga data arsip jangka panjang tentang mereka sudah tersedia.
"Kami sering menggunakan data astrofisika dari makalah yang diterbitkan atau database yang tersedia untuk umum untuk membatasi sifat-sifat partikel elementer," kata Troitsky kepada Live Science. "Tapi kali ini kami menghubungi sesama astronom radio kami dan mereka menggali data mereka sendiri, dengan hati-hati memilih seri pengamatan hanya untuk tugas kami."
Menganalisis data dua dekade, para ilmuwan menemukan banyak osilasi, tetapi bukan jenis yang mereka cari. Inti galaksi aktif sering berdenyut tanpa frekuensi reguler. Tapi osilasi dari materi gelap ultralight semua akan terjadi dengan panjang waktu yang sama antara osilasi.
Pada akhirnya, para ilmuwan tidak melihat tanda-tanda materi gelap ultralight, setidaknya pada jenis massa yang dapat menjelaskan kurangnya struktur kecil yang ditemukan di jaringan galaksi. Namun, itu tidak berarti mereka sama sekali tidak ada.
"Tidak ada jaminan bahwa partikel materi gelap memiliki apa saja interaksi dengan dunia yang terlihat selain gravitasi, "kata Troitsky." Akan sangat sulit untuk menemukan partikel seperti itu dengan beberapa massa dan tidak ada interaksi lain, meskipun itu memang salah satu pilihan paling sederhana untuk menjelaskan materi gelap. "
Sementara penelitian baru mungkin membuat materi gelap ultralight konvensional tidak mungkin, para peneliti tidak siap untuk mengesampingkannya.
"Satu-satunya hal yang kita ketahui dengan pasti tentang materi gelap adalah bahwa ia terletak di luar fisika partikel yang diketahui," kata Rennan Barkana, seorang astronom di Universitas Tel Aviv di Israel, yang tidak terlibat dalam penelitian ini. "Jadi, sampai kita memiliki bukti pengamatan yang meyakinkan tentang sifat materi gelap, kita harus berhati-hati tentang dugaan dan spekulasi ... dan tetap berpikiran terbuka."
