Ada banyak kejadian misterius di pusat Bima Sakti. Lubang hitam supermasif yang berada di sana adalah kepala di antara mereka. Tapi ada teka-teki lain yang menarik di sana: wilayah bola tak terduga dari emisi sinar gamma intens.
Sebuah studi baru menunjukkan bahwa materi gelap bisa berada di balik emisi itu.
Ada banyak sumber sinar gamma di alam semesta, dan kebanyakan dari mereka dipahami dengan baik. Pulsar, magnetar, dan quasar semuanya menghasilkan sinar gamma. Tetapi bisakah mereka menjelaskan sinar gamma yang datang dari pusat galaksi kita?
Sinar gamma sangat kuat. Mereka adalah bentuk radiasi elektromagnetik yang menembus yang dihasilkan oleh fenomena paling energik di Semesta. Mereka memiliki panjang gelombang terpendek dari semua jenis radiasi elektromagnetik, dan energi foton tertinggi.
Kelebihan sinar gamma di jantung Bimasakti diketahui oleh fisikawan, dan mereka menyebutnya kelebihan pusat galaksi (GCE.) Kami tahu banyak tentang Bima Sakti, dan pengetahuan itu telah mempersempit penjelasan untuk GCE hingga ke dua kemungkinan utama: baik populasi pulsar, yang merupakan bintang neutron yang berputar cepat, atau materi gelap. Fisikawan berpikir bahwa jika itu adalah materi gelap, ia ada di awan tebal di pusat galaksi, bertabrakan dengan dirinya sendiri dan memusnahkan dirinya sendiri untuk menghasilkan sinar gamma.
Pada 2015, sebuah penelitian menunjukkan bahwa sumber untuk GCE sebenarnya adalah pulsar, dan materi gelap tidak terlibat. Studi itu datang dari tim peneliti dari Princeton dan MIT, termasuk profesor fisika Tracy Slatyer. Mereka menggunakan pengamatan pusat galaksi yang diambil dengan Fermi Gamma-ray Space Telescope bersama dengan model yang menggambarkan semua interaksi di Bima Sakti yang dapat menghasilkan sinar gamma. Mereka menyimpulkan bahwa pulsar bertanggung jawab.
Tetapi sebuah studi baru, juga melibatkan Slatyer dari MIT, tampaknya telah membalikkan hasil-hasil itu, dan menunjuk pada materi gelap sebagai sumber dari semua sinar gamma itu.
Studi baru ini berjudul "Revival of the Dark Matter Hypothesis untuk Galactic Center Gamma-Ray Excess" dan diterbitkan dalam Physical Review Letters. Para penulis adalah Tracy Slatyer dari Pusat Fisika Teoretis di MIT, dan Rebecca Leane dari School of Natural Sciences, Institute of Advanced Study. Studi mereka mengatakan ada masalah dengan yang sebelumnya, dan hasilnya tidak dapat diandalkan. Kontribusi materi gelap untuk GCE bisa saja tidak diperhatikan.
Kesulitan dalam mempersempit GCE ke pulsar atau materi gelap datang ke cara foton dipancarkan, dan pada kemampuan teknologi kami untuk mendeteksi mereka. Sinar gamma dari materi gelap akan tersebar, sedangkan yang berasal dari pulsar akan menjadi sumber titik yang lebih terkonsentrasi. Pada 2015, semua sinar gamma nampak menyebar, tetapi itu bisa jadi karena sumber titik nampak menyebar ke teleskop kami, yang memiliki resolusi spasial terbatas. Pada 2015, para peneliti menyimpulkan bahwa pulsar bertanggung jawab.
Bima Sakti kurang lebih datar, dengan tonjolan di tengahnya. Sinar gamma menempati wilayah bola di pusat sekitar 5.000 tahun cahaya dalam radius. Metode yang dikembangkan Slatyer dan rekan-rekannya pada tahun 2015 berusaha untuk menyelesaikan jika wilayah bola ini “halus” atau jika itu “kasar. Alasan mereka adalah bahwa jika pulsar adalah sumber sinar gamma, maka sinar gamma itu harus membuat daerah bola tampak kasar. Akan ada celah gelap antara sinar gamma di mana tidak ada sumber pulsar.
Tetapi jika sinar gamma berasal dari materi gelap, maka wilayah bola akan halus. "Setiap garis pandang menuju pusat galaksi mungkin memiliki partikel materi gelap, jadi saya tidak akan melihat celah atau titik dingin di sinyalnya," Slatyer menjelaskan.
Mereka mengembangkan model yang memperhitungkan semua materi dan gas di Bima Sakti, dan semua interaksi partikel yang dapat menghasilkan sinar gamma. Kemudian mereka mempertimbangkan model untuk wilayah bola GCE yang kasar atau halus, dan metode statistik untuk membedakan mereka. Kemudian mereka mengambil model itu dan memasukkan pengamatan nyata Teleskop Ruang Angkasa Fermi Gamma-ray ke dalamnya, untuk melihat apakah pengamatan sesuai dengan profil yang kasar atau halus.
Jika pengamatan sesuai dengan profil kasar, maka pulsar dapat menjelaskan sinar gamma. Jika mereka cocok dengan profil yang halus, maka materi gelap bisa menjelaskannya. Profil kasar itu sangat pas.
“Kami melihat itu 100 persen berbintik-bintik, dan kami berkata,“ oh, dark matter tidak bisa melakukan itu, jadi pasti ada yang lain, ”kenang Slatyer. “Harapan saya adalah ini akan menjadi yang pertama dari banyak penelitian di wilayah pusat galaksi menggunakan teknik serupa. Tetapi pada tahun 2018, pemeriksaan silang utama dari metode itu masih yang kami lakukan pada tahun 2015, yang membuat saya sangat gugup bahwa kami mungkin telah melewatkan sesuatu. "
Akhirnya Slatyer dan Leane memutuskan untuk menguji model tersebut. Slatyer khawatir itu mungkin tidak cukup kuat. Mereka memutuskan untuk membuat peta langit "palsu" termasuk sinyal materi gelap dan pulsar yang tidak terkait dengan GCE. Mereka memasukkannya ke dalam model dan meskipun data mereka mengandung sinyal materi gelap palsu, model menyimpulkan bahwa itu kasar, dan karenanya didominasi oleh pulsar. Menurut Slatyer, itu adalah bukti bahwa model mereka tidak mudah, dan bahwa masih ada ruang bagi materi gelap untuk berperan dalam GCE.
"Jika itu benar-benar materi gelap, ini akan menjadi bukti pertama materi gelap berinteraksi dengan materi terlihat melalui kekuatan selain gravitasi."
Rebecca Leane, Rekan Penulis, Sekolah Ilmu Pengetahuan Alam, Institute of Advanced Study.
Kemudian seorang rekan menyarankan agar para peneliti menambahkan sinyal materi gelap palsu yang dikombinasikan dengan pengamatan Fermi nyata untuk menguji model mereka, alih-alih dengan peta latar belakang palsu.
Mereka melakukannya, dan model statistik mereka gagal dalam ujian. Meskipun sinyal materi gelap mulus, model mengembalikan hasil yang didominasi pulsar kasar. Mereka menghidupkan sinyal materi gelap mereka hingga empat kali ukuran GCE yang sebenarnya dan masih model mereka gagal untuk mendeteksinya.
"" Pada tahap itu, saya sangat bersemangat, karena saya tahu implikasinya sangat besar - itu berarti bahwa penjelasan materi gelap kembali di atas meja, "kata Leane.
Jika hasil terbaru ini benar, maka itu masalah besar.
"Jika itu benar-benar materi gelap, ini akan menjadi bukti pertama materi gelap berinteraksi dengan materi terlihat melalui kekuatan selain gravitasi," kata Leane. “Sifat materi gelap adalah salah satu pertanyaan terbuka terbesar dalam fisika saat ini. Mengidentifikasi sinyal ini sebagai materi gelap memungkinkan kita untuk akhirnya mengungkap identitas fundamental materi gelap. Tidak peduli apa kelebihannya, kita akan belajar sesuatu yang baru tentang alam semesta. "
"Sangat menarik karena kami pikir kami telah menghilangkan kemungkinan bahwa ini adalah materi gelap," kata Slatyer dalam siaran pers. "Tapi sekarang ada celah, kesalahan sistematis dalam klaim yang kami buat. Itu membuka kembali pintu agar sinyal datang dari dark matter. ”
Hasil baru ini diterbitkan dalam jurnal Physical Review Letters ’edisi 11 Desember.
Lebih:
- Siaran Pers MIT: Apakah ada materi gelap di pusat Bimasakti?
- Makalah Penelitian: Kebangkitan Hipotesis Materi Gelap untuk Pusat Galaksi Gamma-Ray Kelebihan
- Wikipedia: Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs)
