Dark Matter telah menjadi misteri sejak pertama kali diusulkan. Selain berusaha menemukan beberapa bukti langsung tentang keberadaannya, para ilmuwan juga telah menghabiskan beberapa dekade terakhir mengembangkan model-model teoretis untuk menjelaskan cara kerjanya. Dalam beberapa tahun terakhir, konsepsi populer adalah bahwa Dark Matter adalah "dingin", dan didistribusikan dalam rumpun di seluruh Semesta, sebuah pengamatan yang didukung oleh data misi Planck.
Namun, sebuah studi baru yang dihasilkan oleh tim peneliti internasional melukiskan gambaran yang berbeda. Menggunakan data dari Kilo Degree Survey (KiDS), para peneliti ini mempelajari bagaimana cahaya yang berasal dari jutaan galaksi jauh dipengaruhi oleh pengaruh gravitasi materi pada skala terbesar. Apa yang mereka temukan adalah bahwa Dark Matter tampak lebih lancar didistribusikan ke seluruh ruang daripada yang diperkirakan sebelumnya.
Selama lima tahun terakhir, survei KiDS telah menggunakan VLT Survey Telescope (VST) - teleskop terbesar di Observatorium La Silla Paranal ESO di Chili - untuk mensurvei 1500 derajat persegi langit malam selatan. Volume ruang ini telah dipantau dalam empat pita (UV, IR, hijau dan merah) menggunakan pelensaan gravitasi lemah dan pengukuran pergeseran merah fotometrik.
Konsisten dengan Teori Relativitas Umum Einstein, pelensaan gravitasi melibatkan mempelajari bagaimana medan gravitasi suatu objek masif akan membelokkan cahaya. Sementara itu, pergeseran merah berupaya mengukur kecepatan galaksi lain bergerak menjauh dari galaksi kita dengan mengukur sejauh mana cahaya mereka bergeser ke arah ujung merah spektrum (mis. Panjang gelombangnya menjadi lebih lama semakin cepat sumbernya bergerak menjauh).
Pelensaan gravitasi sangat berguna dalam menentukan bagaimana alam semesta terbentuk. Model kosmologis kami saat ini, yang dikenal sebagai model Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM), menyatakan bahwa Dark Energy bertanggung jawab atas akselerasi akhir-akhir dalam perluasan Semesta, dan bahwa Dark Matter terdiri dari partikel-partikel besar yang bertanggung jawab untuk pembentukan struktur kosmologis.
Dengan menggunakan sedikit variasi pada teknik ini yang dikenal sebagai semata-mata kosmik, tim peneliti mempelajari cahaya dari galaksi yang jauh untuk menentukan bagaimana ia dibengkokkan dengan keberadaan struktur terbesar di Semesta (seperti superclusters dan filamen). Hendrik Hildebrandt - seorang astronom dari Argelander Institute for Astronomy (AIfA) dan penulis utama makalah ini - mengatakan kepada Space Magazine melalui email:
“Biasanya orang berpikir tentang satu massa besar seperti gugusan galaksi yang menyebabkan defleksi cahaya ini. Tetapi ada juga masalah di seluruh Semesta. Cahaya dari galaksi jauh terus menerus dibelokkan oleh apa yang disebut struktur skala besar ini. Ini menghasilkan galaksi yang dekat di langit menjadi "menunjuk" ke arah yang sama. Ini adalah efek yang sangat kecil tetapi dapat diukur dengan metode statistik dari sampel galaksi yang besar. Ketika kami telah mengukur seberapa kuat galaksi "menunjuk" ke arah yang sama, kita dapat menyimpulkan dari sini sifat statistik dari struktur skala besar, mis. kerapatan materi rata-rata dan seberapa kuat materi ini berkelompok / berkelompok. ”
Menggunakan teknik ini, tim peneliti melakukan analisis 450 derajat persegi data KiDS, yang sesuai dengan sekitar 1% dari seluruh langit. Dalam volume ruang ini, diamati bagaimana cahaya yang berasal dari sekitar 15 juta galaksi berinteraksi dengan semua materi yang terletak di antara mereka dan Bumi.
Menggabungkan gambar yang sangat tajam yang diperoleh oleh VST dengan perangkat lunak komputer canggih, tim mampu melakukan salah satu pengukuran paling akurat yang pernah dibuat dari geser kosmik. Cukup menarik, hasilnya tidak konsisten dengan yang dihasilkan oleh misi Planck ESA, yang telah menjadi mapper paling komprehensif dari Semesta hingga saat ini.
Misi Planck telah memberikan beberapa informasi yang luar biasa terperinci dan akurat tentang Cosmic Microwave Background (CMB). Ini telah membantu para astronom untuk memetakan Alam Semesta awal, serta mengembangkan teori tentang bagaimana materi didistribusikan selama periode ini. Seperti yang dijelaskan Hildebrandt:
“Planck mengukur banyak parameter kosmologis dengan ketelitian luar biasa dari fluktuasi suhu latar belakang gelombang mikro kosmik, yaitu proses fisik yang terjadi 400.000 tahun setelah Big Bang. Dua dari parameter itu adalah kerapatan materi rata-rata dari Semesta dan ukuran seberapa kuat materi ini digumpal. Dengan geser kosmik, kami juga mengukur dua parameter ini tetapi masa kosmik yang jauh kemudian (beberapa miliar tahun yang lalu atau ~ 10 miliar tahun setelah Ledakan Besar), yaitu di masa lalu yang lebih baru. ”
Namun, Hildebrandt dan timnya menemukan nilai untuk parameter ini yang secara signifikan lebih rendah daripada yang ditemukan oleh Planck. Pada dasarnya, hasil geser kosmik mereka menunjukkan bahwa ada lebih sedikit materi di Alam Semesta dan bahwa itu kurang terkelompok dari apa yang diprediksi hasil Planck. Hasil ini cenderung berdampak pada studi kosmologis dan fisika teoretis di tahun-tahun mendatang.
Seperti berdiri, Dark Matter tetap tidak terdeteksi menggunakan metode standar. Seperti black hole, keberadaannya hanya dapat disimpulkan dari efek gravitasi yang dapat diamati yang dimilikinya terhadap materi yang terlihat. Dalam hal ini, keberadaannya dan sifat dasar diukur dengan bagaimana ia telah mempengaruhi evolusi Semesta selama 13,8 miliar tahun terakhir. Tetapi karena hasilnya tampaknya bertentangan, para astronom sekarang mungkin harus mempertimbangkan kembali beberapa gagasan yang mereka pegang sebelumnya.
"Ada beberapa pilihan: karena kita tidak memahami unsur-unsur dominan Semesta (materi gelap dan energi gelap) kita dapat bermain dengan sifat-sifat keduanya," kata Hildebrandt. "Misalnya, berbagai bentuk energi gelap (lebih kompleks dari kemungkinan paling sederhana, yang merupakan" konstanta kosmologis "Einstein) dapat menjelaskan pengukuran kami. Kemungkinan menarik lainnya adalah bahwa ini adalah tanda bahwa hukum gravitasi pada skala Semesta berbeda dari Relativitas Umum. Yang bisa kita katakan untuk saat ini adalah ada sesuatu yang tampaknya tidak beres! ”
