Pandangan baru pada “cincin Einstein” di sekitar galaksi yang jauh telah membawa kita lebih dekat untuk menyelesaikan perdebatan tentang materi gelap

Fisikawan percaya bahwa sebagian besar materi di alam semesta terdiri dari materi tak terlihat yang hanya kita ketahui melalui efek tidak langsungnya pada bintang dan galaksi yang dapat kita lihat.

Kami tidak gila! Tanpa “materi gelap” ini, alam semesta seperti yang kita lihat tidak akan ada artinya.

Tetapi sifat materi gelap adalah misteri kuno. Tetapi, Studi baru Ditulis oleh Alfred Amroth dari University of Hong Kong dan rekannya, diterbitkan di astronomi alammenggunakan pembengkokan gravitasi cahaya untuk membawa kita selangkah lebih dekat ke pemahaman.

Tak terlihat tapi ada dimana-mana

Alasan kami menganggap materi gelap ada adalah karena kami dapat melihat efek gravitasinya pada perilaku galaksi. Secara khusus, materi gelap tampaknya membentuk sekitar 85% massa alam semesta, dan sebagian besar galaksi jauh yang dapat kita lihat tampaknya dikelilingi oleh halo materi misterius.

Tetapi disebut materi gelap karena tidak memancarkan, menyerap, atau memantulkan cahaya, sehingga sangat sulit untuk dideteksi.

Jadi apa saja hal-hal ini? Kami pikir itu pasti semacam partikel fundamental yang tidak diketahui, tapi kami belum yakin. Semua upaya untuk mendeteksi partikel materi gelap dalam eksperimen laboratorium sejauh ini gagal, dan fisikawan telah memperdebatkan sifatnya selama beberapa dekade.

Para ilmuwan telah mengusulkan dua kandidat hipotetis utama untuk materi gelap: karakter yang relatif berat yang disebut partikel masif yang berinteraksi lemah (atau WIMP), dan partikel yang sangat ringan yang disebut axion. Secara teori, WIMP berperilaku seperti partikel diskrit, sedangkan axion berperilaku sangat mirip gelombang karena interferensi kuantum.

Sulit untuk membedakan antara dua kemungkinan ini – tetapi sedikit jalan memutar di sekitar galaksi yang jauh memberikan petunjuk.

Lensa gravitasi dan cincin Einstein

Ketika cahaya melewati alam semesta oleh objek masif seperti galaksi, jalurnya melengkung karena – menurut teori relativitas umum Albert Einstein – gravitasi objek masif mendistorsi ruang dan waktu di sekitarnya.

Akibatnya, terkadang saat kita melihat galaksi yang jauh, kita dapat melihat gambar terdistorsi dari galaksi lain di belakangnya. Dan jika semuanya berbaris dengan sempurna, cahaya dari latar belakang galaksi akan mengelilingi galaksi terdekat.

Distorsi cahaya ini disebut “lensa gravitasi”, dan lingkaran yang dapat diciptakannya disebut “loop Einstein”.

Dengan mempelajari bagaimana cincin atau gambar lenticular lainnya terdistorsi, para astronom dapat mempelajari sifat-sifat halo materi gelap yang mengelilingi galaksi terdekat.

Aksion vs. WIMP

Dan itulah yang dilakukan Amroth dan timnya dalam studi baru mereka. Mereka melihat beberapa sistem di mana banyak salinan dari objek yang sama terlihat di latar belakang di sekitar galaksi pelensaan latar depan, dengan fokus khusus pada sistem yang disebut HS 0810+2554.

Dengan menggunakan pemodelan terperinci, mereka mengetahui bagaimana gambar akan terdistorsi jika materi gelap dibuat dari WIMP versus bagaimana jadinya jika materi gelap dibuat dari sumbu. Model WIMP tidak terlihat seperti aslinya, tetapi model axion secara akurat mereproduksi semua fitur sistem.

Temuan ini menunjukkan bahwa axion adalah kandidat yang lebih mungkin untuk materi gelap, dan kemampuannya untuk menjelaskan anomali pelensaan dan pengamatan astrofisika lainnya membuat para ilmuwan jengkel.

partikel dan galaksi

Penelitian baru dibangun di atas studi sebelumnya yang juga menunjukkan axions adalah bentuk materi gelap yang paling mungkin. Misalnya, satu studi melihat efek materi gelap axion pada latar belakang gelombang mikro kosmik, sementara terakhir Meneliti perilaku materi gelap di galaksi kerdil.

Meskipun penelitian ini tidak akan mengakhiri perdebatan ilmiah tentang sifat materi gelap, hal itu membuka jalan baru untuk pengujian dan eksperimen. Misalnya, pengamatan pelensaan gravitasi di masa depan dapat digunakan untuk menyelidiki sifat gelombang akson dan mungkin mengukur massanya.

Pemahaman yang lebih baik tentang materi gelap akan berimplikasi pada apa yang kita ketahui tentang fisika partikel dan alam semesta awal. Ini juga dapat membantu kita lebih memahami bagaimana galaksi terbentuk dan berubah seiring waktu.