Materi gelap telah lama menjadi salah satu misteri terbesar dalam astronomi. Ia tidak dapat dilihat atau disentuh, namun pengaruh gravitasinya membantu membentuk galaksi dan struktur skala besar alam semesta. Selama beberapa dekade, para ilmuwan mengandalkan model “materi gelap dingin” untuk menjelaskan pembentukan dan evolusi galaksi. Namun seiring dengan semakin akuratnya teleskop dan pengamatan, para peneliti telah menemukan beberapa fitur membingungkan yang sulit dijelaskan oleh model standar.
Salah satu misteri terbesarnya adalah rendahnya konsentrasi materi gelap yang ditemukan di pusat beberapa galaksi kerdil dan gugusan materi gelap yang sangat padat yang disimpulkan dari pelensaan gravitasi yang kuat. Meskipun pengamatan ini tampaknya mengarah ke arah yang berlawanan, sebuah studi baru menunjukkan bahwa keduanya mungkin memiliki penjelasan mendasar yang sama.
Teori baru tentang materi gelap
Fisikawan di Purple Mountain Observatory dari Chinese Academy of Sciences (CAS) mengusulkan bahwa materi gelap tidak mungkin tersusun dari satu jenis partikel saja. Sebaliknya, ia bisa terdiri dari partikel-partikel dengan massa berbeda.
Model baru mereka tentang “materi gelap dua komponen yang berinteraksi sendiri” mencakup setidaknya dua jenis partikel materi gelap, satu lebih berat dan satu lebih ringan. Selain berinteraksi melalui gravitasi, partikel-partikel tersebut juga dapat saling bertabrakan secara langsung. Interaksi ini mengarah pada proses yang disebut “segregasi massal”.
Sederhananya, partikel materi gelap yang lebih berat perlahan-lahan melayang menuju pusat galaksi, sedangkan partikel yang lebih ringan menyebar ke luar seiring berjalannya waktu. Para peneliti membandingkan perilaku ini dengan gugus bintang, di mana bintang-bintang yang lebih masif perlahan-lahan bermigrasi ke dalam dan bintang-bintang bermassa lebih rendah menjauh dari pusatnya.
Simulasinya cocok dengan pengamatan kosmik
Dengan menggunakan simulasi komputer resolusi tinggi yang dikombinasikan dengan pemodelan teoretis terperinci, tim menemukan bahwa segregasi masif secara alami mereproduksi berbagai pengamatan astronomi.
Di galaksi katai, proses ini menciptakan inti materi gelap dengan kepadatan pusat yang relatif rendah, konsisten dengan pengamatan terkini terhadap pengelompokan galaksi. Di lingkungan yang lebih besar dan kompleks, beberapa lingkaran cahaya materi gelap menjadi semakin kompak, menghasilkan struktur padat yang mampu menghasilkan pelensaan gravitasi yang kuat.
Model ini juga meningkatkan kemungkinan terjadinya peristiwa pelensaan gravitasi skala kecil. Ketika partikel materi gelap yang lebih berat terakumulasi di wilayah utama, substruktur materi gelap menjadi lebih efektif dalam memperkuat cahaya dari galaksi jauh. Hal ini dapat membantu menjelaskan mengapa para astronom mengamati lebih banyak peristiwa pelensaan kuat berskala kecil dibandingkan prediksi model tradisional.
Gambaran yang lebih kaya tentang alam semesta yang tak kasat mata
Para peneliti mengatakan teka-teki kosmologis yang tampaknya kontradiktif ini sebenarnya bisa mengarah pada kesimpulan yang sama. Daripada memerlukan penjelasan terpisah, semuanya mungkin mencerminkan fakta bahwa materi gelap memiliki sifat internal yang lebih kompleks daripada yang diperkirakan sebelumnya.
Ketika survei langit dan pengamatan pelensaan gravitasi di masa depan menjadi lebih tepat, para ilmuwan akan memiliki peluang baru untuk menguji apakah materi gelap benar-benar terdiri dari berbagai komponen. “Kaca pembesar kosmik” alami ini dapat memberikan salah satu bukti terkuat mengenai gambaran baru alam semesta yang tak terlihat ini.
Hasilnya adalah studi kedua yang dilakukan tim Observatorium Purple Mountain yang mengeksplorasi materi gelap dengan dua komponen yang berinteraksi sendiri. Karya mereka sebelumnya, diterbitkan di Pemeriksaan fisikDmeneliti bagaimana segregasi massa memengaruhi beragam kepadatan inti materi gelap yang diamati di galaksi katai. Penelitian baru ini dipublikasikan di Buletin ilmiah. Penulis penelitian ini adalah Daneng Yang, Yi-Zhong Fan, Siyuan Hou dan Yue-Lin Sming Tsai.
Observatorium Gunung Ungu, bagian dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, adalah salah satu pusat penelitian materi gelap terkemuka di Tiongkok. Lembaga ini memainkan peran utama dalam deteksi tidak langsung materi gelap menggunakan satelit DAMPE (Wukong) dan melakukan penelitian berpengaruh di bidang astrofisika, kosmologi, materi gelap, dan evolusi galaksi.
