Don Lincoln adalah ilmuwan senior di Fermilab Departemen Energi AS, lembaga penelitian Large Hadron Collider terbesar di negara itu. Dia juga menulis tentang sains untuk umum, termasuk baru-baru ini "The Large Hadron Collider: Kisah Luar Biasa dari Higgs Boson dan Hal-Hal Lain yang Akan Memukau Anda"(Johns Hopkins University Press, 2014). Anda dapat mengikutinyaFacebook. Lincoln menyumbang artikel ini ke Live ScienceSuara Ahli: Op-Ed & Insights.
Selama kita menyimpan catatan, umat manusia telah mengagumi langit malam. Kami telah melihat langit untuk menentukan kehendak para dewa dan bertanya-tanya tentang arti dari semua itu. Hanya 5.000 bintang yang dapat kita lihat dengan mata tanpa bantuan telah menjadi sahabat umat manusia selama ribuan tahun.
Fasilitas astronomi modern telah menunjukkan kepada kita bahwa alam semesta tidak hanya terdiri dari ribuan bintang - ia terdiri dari ratusan miliar bintang di galaksi kita saja, dengan triliunan galaksi. Observatorium telah mengajarkan kita tentang kelahiran dan evolusi alam semesta. Dan, pada 3 Agustus, fasilitas baru membuat pengumuman substantif pertamanya dan menambah pemahaman kita tentang kosmos. Ini memungkinkan kita untuk melihat yang tidak bisa dilihat, dan itu menunjukkan bahwa distribusi materi di alam semesta sedikit berbeda dari yang diharapkan.
Survei Energi Gelap (DES) adalah kolaborasi sekitar 400 ilmuwan yang telah memulai misi lima tahun untuk mempelajari galaksi jauh untuk menjawab pertanyaan tentang sejarah alam semesta. Ia menggunakan Dark Energy Camera (DEC) yang terpasang pada teleskop 4 meter Victor M. Blanco di Cerro Tololo Inter-American Observatory di Andes Chili. DEC dirakit di A.S. di Fermilab dekat Batavia, Illinois, dan merupakan kamera 570-megapiksel yang mampu memotret galaksi sejauh ini sehingga cahayanya sepersejuta cahaya dari bintang yang paling redup.
Energi gelap dan materi gelap
DES sedang berburu energi gelap, yang merupakan medan energi yang diusulkan di alam semesta yang merupakan bentuk gravitasi yang menjijikkan. Sementara gravitasi mengerahkan daya tarik yang tak tertahankan, energi gelap mendorong alam semesta untuk mengembang dengan kecepatan yang terus meningkat. Efeknya pertama kali diamati pada tahun 1998, dan kami masih memiliki banyak pertanyaan tentang sifatnya.
Namun, dengan mengukur lokasi dan jarak 300 juta galaksi di langit malam selatan, survei akan dapat membuat pernyataan penting tentang misteri astronomi lain, yang disebut materi gelap. Materi gelap dianggap lima kali lebih lazim di alam semesta daripada materi biasa. Namun ia tidak berinteraksi dengan cahaya, gelombang radio atau segala bentuk energi elektromagnetik. Dan tampaknya tidak berkumpul membentuk tubuh besar seperti planet dan bintang.
Tidak ada cara untuk langsung melihat materi gelap (karena itu namanya). Namun, efeknya dapat dilihat secara tidak langsung dengan menganalisis seberapa cepat galaksi berputar. Jika Anda menghitung kecepatan rotasi yang didukung oleh massa tampak galaksi, Anda akan menemukan bahwa mereka berputar lebih cepat dari yang seharusnya. Dengan semua hak, galaksi-galaksi ini harus dihancurkan. Setelah beberapa dekade penelitian, para astronom menyimpulkan bahwa setiap galaksi mengandung materi gelap, yang menghasilkan gravitasi tambahan yang menyatukan galaksi.
Materi gelap di alam semesta
Namun, pada skala alam semesta yang jauh lebih besar, mempelajari galaksi individual tidaklah cukup. Diperlukan pendekatan lain. Untuk itu, para astronom harus menggunakan teknik yang disebut pelensaan gravitasi.
Lensa gravitasi diprediksi pada tahun 1916 oleh Albert Einstein dan pertama kali diamati oleh Sir Arthur Eddington pada tahun 1919. Teori relativitas umum Einstein mengatakan bahwa gravitasi yang kita alami benar-benar disebabkan oleh kelengkungan ruang-waktu. Karena cahaya bergerak dalam garis lurus melalui ruang, jika ruang-waktu melengkung, itu akan terlihat bagi pengamat seolah-olah cahaya sedang menempuh jalur melengkung melalui ruang.
Fenomena ini dapat dimanfaatkan untuk mempelajari jumlah dan distribusi materi gelap di alam semesta. Para ilmuwan yang mengintip galaksi yang jauh (disebut galaksi pelensa), yang memiliki galaksi lain yang lebih jauh di belakangnya (disebut galaksi yang diamati), dapat melihat gambar yang terdistorsi dari galaksi yang diamati. Distorsi terkait dengan massa galaksi lensa. Karena massa galaksi pelensa adalah kombinasi dari materi yang kelihatan dan materi gelap, pelensaan gravitasi memungkinkan para ilmuwan untuk secara langsung mengamati keberadaan dan distribusi materi gelap pada skala yang sama besarnya dengan alam semesta itu sendiri. Teknik ini juga berfungsi ketika sekelompok besar galaksi latar mendistorsi gambar kelompok galaksi yang bahkan lebih jauh, yang merupakan teknik yang digunakan untuk pengukuran ini.
Kental atau tidak?
Kolaborasi DES baru-baru ini merilis analisis menggunakan teknik ini persis. Tim melihat sampel 26 juta galaksi di empat jarak berbeda dari Bumi. Galaksi-galaksi yang lebih dekat memiliki lensa yang lebih jauh. Dengan menggunakan teknik ini dan melihat dengan hati-hati distorsi gambar semua galaksi, mereka mampu memetakan distribusi materi gelap yang tak terlihat dan bagaimana itu bergerak dan menggumpal selama 7 miliar tahun terakhir, atau setengah dari umur alam semesta.
Seperti yang diharapkan, mereka menemukan bahwa materi gelap alam semesta itu "kental." Namun, ada kejutan - itu sedikit kurang kental dari perkiraan pengukuran sebelumnya.
Salah satu pengukuran kontradiktif ini berasal dari sinyal radio sisa dari waktu paling awal setelah Big Bang, yang disebut latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB). CMB mengandung di dalamnya distribusi energi di kosmos ketika berusia 380.000 tahun. Pada tahun 1998, kolaborasi Cosmic Background Explorer (COBE) mengumumkan bahwa CMB tidak seragam sempurna, melainkan memiliki titik panas dan dingin yang berbeda dari seragam dengan 1 bagian dalam 100.000. Satelit Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) dan Planck mengkonfirmasi dan menyempurnakan pengukuran COBE.
Lebih dari 7 miliar tahun antara saat CMB dipancarkan dan periode waktu yang dipelajari oleh DES, daerah-daerah yang lebih panas di alam semesta menaburkan pembentukan struktur kosmos. Distribusi energi non-seragam yang ditangkap dalam CMB, dikombinasikan dengan gaya gravitasi yang semakin besar, menyebabkan beberapa titik di alam semesta menjadi lebih padat dan yang lain kurang. Hasilnya adalah alam semesta yang kita lihat di sekitar kita.
CMB memprediksi distribusi materi gelap untuk alasan sederhana: Distribusi materi di alam semesta kita di masa sekarang tergantung pada distribusinya di masa lalu. Lagi pula, jika ada gumpalan materi di masa lalu, materi itu akan menarik materi terdekat dan gumpalan itu akan tumbuh. Demikian pula, jika kita memproyeksikan ke masa depan yang jauh, distribusi materi hari ini akan mempengaruhi masa depan untuk alasan yang sama.
Jadi, para ilmuwan telah menggunakan pengukuran CMB pada 380.000 tahun setelah Big Bang untuk menghitung seperti apa jagat raya 7 miliar tahun kemudian. Ketika mereka membandingkan prediksi dengan pengukuran dari DES, mereka menemukan bahwa pengukuran DES sedikit kurang kental dari prediksi.
Gambar tidak lengkap
Apakah itu masalah besar? Mungkin. Ketidakpastian, atau kesalahan, dalam dua pengukuran cukup besar sehingga itu berarti mereka tidak setuju secara signifikan secara statistik. Maksudnya sederhana adalah bahwa tidak ada yang bisa memastikan bahwa dua pengukuran benar-benar tidak setuju. Bisa jadi perbedaan itu muncul secara kebetulan dari fluktuasi statistik dalam data atau efek instrumental kecil yang tidak dipertimbangkan.
Bahkan penulis studi akan menyarankan hati-hati di sini. Pengukuran DES belum ditinjau oleh sejawat. Makalah diserahkan untuk publikasi dan hasilnya dipresentasikan di konferensi, tetapi kesimpulan yang tegas harus menunggu sampai laporan wasit masuk.
Jadi, bagaimana masa depan? DES memiliki misi lima tahun, yang datanya empat tahun telah direkam. Hasil yang baru-baru ini diumumkan hanya menggunakan data tahun pertama. Data yang lebih baru masih dianalisis. Selanjutnya, set data lengkap akan mencakup 5.000 derajat persegi langit, sedangkan hasil baru-baru ini hanya mencakup 1.500 derajat persegi dan rekan hanya setengah dari jalan kembali ke masa. Dengan demikian, ceritanya jelas tidak lengkap. Analisis set data lengkap tidak akan diharapkan sampai mungkin tahun 2020.
Namun, data yang diambil hari ini sudah bisa berarti bahwa ada kemungkinan ketegangan dalam pemahaman kita tentang evolusi alam semesta. Dan, bahkan jika ketegangan itu hilang ketika lebih banyak data dianalisis, kolaborasi DES terus melakukan pengukuran lain. Ingat bahwa huruf "DE" dalam nama singkatan dari dark energy. Kelompok ini pada akhirnya akan dapat memberi tahu kita sesuatu tentang perilaku energi gelap di masa lalu dan apa yang bisa kita lihat di masa depan. Pengukuran baru-baru ini hanyalah awal dari apa yang diharapkan menjadi waktu yang menarik secara ilmiah.
Versi artikel ini awalnya diterbitkan di Live Science.
