Kredit gambar: Berkeley
Materi gelap adalah lingkaran cahaya tak terlihat dari materi yang tampaknya mengelilingi setiap galaksi. Sampai sekarang, para astronom percaya bahwa materi gelap mungkin membentuk kabut partikel di ruang angkasa, tetapi para peneliti dari UC Berkeley dan MIT telah membuat simulasi komputer tentang bagaimana materi gelap dapat bergabung menjadi potongan material yang lebih besar.
"Materi gelap" yang terdiri dari seperempat alam semesta yang masih belum terdeteksi bukanlah kabut kosmik yang seragam, kata seorang ahli astrofisika University of California, Berkeley, tetapi membentuk gumpalan padat yang bergerak seperti debu yang menari-nari di batang pohon. cahaya.
Dalam sebuah makalah yang dikirim minggu ini ke Physical Review D, Chung-Pei Ma, seorang profesor astronomi di UC Berkeley, dan Edmund Bertschinger dari Massachusetts Institute of Technology (MIT), membuktikan bahwa gerakan rumpun materi gelap dapat dimodelkan dalam cara yang mirip dengan gerakan Brown dari debu atau serbuk sari yang terbawa udara.
Temuan mereka harus memberi para ahli astrofisika cara baru untuk menghitung evolusi alam semesta hantu materi gelap ini dan merekonsiliasikannya dengan alam semesta yang dapat diamati, kata Ma.
Materi gelap telah menjadi masalah yang mengganggu bagi astronomi selama lebih dari 30 tahun. Bintang-bintang di dalam galaksi dan galaksi di dalam cluster bergerak dengan cara yang menunjukkan ada lebih banyak materi di sana daripada yang bisa kita lihat. Materi tak terlihat ini tampaknya berada dalam lingkaran halo yang memanjang mungkin 10 kali lebih jauh dari lingkaran bintang yang terlihat di sekitar galaksi. Usulan awal bahwa materi tak kasat mata terdiri dari bintang-bintang yang terbakar atau neutrino berat belum muncul, dan kandidat favorit saat ini adalah partikel eksotis yang beragamnya disebut neutrilinos, axion atau partikel supersimetrik hipotetis lainnya. Karena partikel eksotis ini berinteraksi dengan materi biasa hanya melalui gravitasi, bukan melalui gelombang elektromagnetik, mereka tidak memancarkan cahaya.
"Kami hanya melihat setengah dari semua partikel," kata Ma. "Mereka terlalu berat untuk diproduksi sekarang di akselerator, jadi setengah dari dunia yang kita tidak tahu."
Gambaran itu semakin memburuk empat tahun lalu ketika "energi gelap" ditemukan bahkan lebih umum daripada materi gelap. Akun kosmik sekarang mematok energi gelap di sekitar 69 persen dari alam semesta, materi gelap eksotis pada 27 persen, materi gelap duniawi - redup, bintang tak terlihat - pada 3 persen, dan apa yang sebenarnya kita lihat hanya 1 persen.
Berdasarkan model komputer tentang bagaimana materi gelap akan bergerak di bawah gaya gravitasi, Ma mengatakan bahwa materi gelap bukanlah kabut seragam yang menyelimuti gugusan galaksi. Alih-alih, materi gelap membentuk gumpalan kecil yang terlihat dangkal seperti galaksi dan gugus bola yang kita lihat di alam semesta kita yang bercahaya. Materi gelap memiliki kehidupan yang dinamis terlepas dari materi bercahaya, katanya.
"Latar belakang gelombang mikro kosmik menunjukkan efek awal penggumpalan materi gelap, dan gumpalan ini tumbuh di bawah gaya tarik gravitasi," katanya. “Tetapi masing-masing rumpun ini, lingkaran cahaya di sekitar gugusan galaksi, dianggap halus. Orang-orang tertarik untuk menemukan bahwa simulasi resolusi tinggi menunjukkan mereka tidak mulus, tetapi malah memiliki substruktur yang rumit. Dunia gelap memiliki kehidupannya sendiri yang dinamis. ”
Ma, Bertschinger dan mahasiswa pascasarjana UC Berkeley Michael Boylan-Kolchin melakukan beberapa simulasi ini sendiri. Beberapa kelompok lain selama dua tahun terakhir juga menunjukkan penggumpalan yang serupa.
Alam semesta hantu materi gelap adalah templat untuk alam semesta yang terlihat, katanya. Materi gelap adalah 25 kali lebih banyak daripada materi yang terlihat, jadi materi yang terlihat harus berkelompok di mana pun kluster materi gelap.
Di situlah masalahnya, kata Ma. Simulasi komputer dari evolusi materi gelap memprediksi jauh lebih banyak gumpalan materi gelap di suatu wilayah daripada ada gumpalan materi bercahaya yang bisa kita lihat. Jika materi bercahaya mengikuti materi gelap, harus ada jumlah yang hampir sama dari masing-masing.
"Galaksi kita, Bima Sakti, memiliki sekitar selusin satelit, tetapi dalam simulasi kita melihat ribuan satelit materi gelap," katanya. "Materi gelap di Bimasakti adalah lingkungan yang dinamis dan hidup di mana ribuan satelit kecil gumpalan materi gelap berkerumun di sekitar halo induk materi gelap yang besar, terus-menerus berinteraksi dan saling mengganggu."
Selain itu, ahli astrofisika yang memodelkan gerakan materi gelap bingung untuk melihat bahwa setiap rumpun memiliki kepadatan yang memuncak di tengah dan jatuh ke tepi dengan cara yang sama persis, terlepas dari ukurannya. Namun, profil kepadatan universal ini tampaknya bertentangan dengan pengamatan beberapa galaksi kerdil yang dibuat oleh kolega Ma, profesor astronomi UC Berkeley Leo Blitz, dan kelompok penelitiannya, antara lain.
Ma berharap bahwa cara baru dalam memandang gerakan materi gelap akan menyelesaikan masalah-masalah ini dan teori kuadrat dengan observasi. Dalam artikel Tinjauan Fisiknya, yang dibahas pada pertemuan awal tahun ini di American Physical Society, ia membuktikan bahwa gerakan materi gelap dapat dimodelkan seperti gerakan Brown yang dijelaskan oleh ahli botani Robert Brown pada tahun 1828 dan Albert Einstein menjelaskannya pada mani tahun 1905 kertas yang membantunya mengumpulkan Hadiah Nobel Fisika tahun 1921.
Gerakan Brown pertama kali digambarkan sebagai jalur zigzag yang dilalui oleh sebutir serbuk sari yang mengambang di air, didorong oleh molekul air yang bertabrakan dengannya. Fenomena itu merujuk sama pada gerakan debu di udara dan gumpalan padat materi gelap di alam semesta materi gelap, kata Ma.
Wawasan ini “mari kita gunakan bahasa yang berbeda, sudut pandang yang berbeda dari pandangan standar,” untuk menyelidiki pergerakan dan evolusi materi gelap, katanya.
Astronom lain, seperti profesor astronomi emeritus UC Berkeley, Ivan King, telah menggunakan teori gerak Brown untuk memodelkan pergerakan ratusan ribu bintang dalam gugusan bintang, tetapi ini, kata Ma, “adalah pertama kalinya diterapkan ketat untuk skala kosmologis besar. Idenya adalah bahwa kita tidak peduli persis di mana rumpun berada, tetapi, bagaimana rumpun berperilaku secara statistik dalam sistem, bagaimana mereka tersebar secara gravitasi. "
Ma mencatat bahwa gerakan rumpun Brown diatur oleh persamaan, persamaan Fokker-Planck, yang digunakan untuk memodelkan banyak proses stokastik atau acak, termasuk pasar saham. Ma dan kolaborator saat ini sedang mengerjakan penyelesaian persamaan ini untuk materi gelap kosmologis.
“Sangat mengejutkan dan menyenangkan bahwa evolusi materi gelap, evolusi rumpun, mematuhi persamaan sederhana yang berusia 90 tahun,” katanya.
Pekerjaan itu didukung oleh Badan Penerbangan dan Antariksa Nasional.
Sumber Asli: UC Berkeley
