Para peneliti mengukur kecepatan materi gelap dengan mempelajari galaksi miring yang dipengaruhi oleh gesekan dinamis yang disebabkan oleh materi gelap. Metode ini membantu dalam memahami interaksi antara galaksi dan materi gelap, membantu teori fisika dan kosmologi. Kredit: SciTechDaily.com
Studi tentang galaksi miring mengungkap bagaimana efek gravitasi dan gesekan dinamis dapat menjelaskan misteri materi gelap, sehingga meningkatkan pemahaman kita tentang kosmologi.
Jadi bagaimana kecepatan materi gelap diukur? Prasyaratnya adalah menemukan galaksi di alam semesta yang bergerak relatif terhadap materi gelap. Karena segala sesuatu di alam semesta bergerak dan terdapat banyak materi gelap, tidak sulit untuk menemukan galaksi seperti itu.
Benda-benda berat, seperti galaksi, menarik semua jenis materi, baik materi gelap maupun materi tampak yang kita temui sehari-hari. Ketika materi gelap bergerak melalui sebuah galaksi, galaksi tersebut mulai menarik partikel materi gelap ke arahnya. Namun perubahan arah kecepatan partikel memerlukan waktu. Sebelum lintasannya melengkung menuju galaksi, mereka sudah melewati galaksi.
Peran Gesekan Dinamis
Dengan demikian, partikel materi gelap tidak masuk ke galaksi, melainkan bergerak ke belakang galaksi (lihat video di bawah). Oleh karena itu, di belakang galaksi, kepadatan materi meningkat, dan hal ini menyebabkan galaksi melambat – sebuah fenomena yang disebut gesekan dinamis. Kekuatan gesekan dinamis, pada gilirannya, bergantung pada seberapa cepat partikel materi gelap melewati galaksi, yaitu berapa lama galaksi memiliki waktu untuk mengubah lintasan partikel materi gelap. Ketika partikel melintas dengan lambat, kepadatan materi semakin mendekati galaksi, menyebabkannya semakin melambat.
Titik hijau melambangkan galaksi, dan panel atas menunjukkan pergerakan partikel materi gelap melalui galaksi (jika terdapat galaksi di panel terkait). Panel bawah menunjukkan bentuk semua lintasan, menunjukkan bahwa medan gravitasi galaksi mempengaruhi partikel materi, sehingga menciptakan kepadatan berlebih di belakang galaksi. Kepadatan yang berlebihan kembali memperlambat galaksi dan mengubah bentuknya. Kredit: Kipper Hujan
Memahami Bentuk Galaksi dan Materi Gelap
Misalkan galaksi yang menyebabkan gesekan dinamis tidaklah kecil, melainkan besar. Dalam hal ini, kelebihan kepadatan yang mendasarinya menghasilkan gesekan dengan kekuatan berbeda di berbagai titik di galaksi, seperti terlihat pada Gambar 1. Perbedaan gesekan tersebut membuat bentuk galaksi semakin miring. Kita mengalami perubahan bentuk serupa di Bumi seperti siklus pasang surut yang disebabkan oleh gravitasi bulan.
Tidak peduli seberapa besar partikel materi gelap nantinya – orbitnya masih melengkung di belakang galaksi. Metode ini mungkin tidak memberikan hasil yang akurat jika ukuran partikelnya sebanding dengan galaksi itu sendiri. Namun, model materi gelap ini telah dikecualikan.
Gambar 1. Gesekan dinamis. Panel-panel tersebut menggambarkan wilayah-wilayah yang jarang di alam semesta dalam warna-warna gelap dan wilayah-wilayah padat dalam warna-warna terang. Panel atas menunjukkan kepadatan di sekitar galaksi jika gravitasi galaksi membelok (kiri) atau tidak membelokkan (kanan) lintasan partikel materi gelap. Panel bawah menunjukkan perbedaan antara keduanya, atau bagaimana galaksi mempengaruhi distribusi materi gelap. Panah melambangkan percepatan yang disebabkan oleh kelebihan kepadatan di belakang galaksi, yang mengurangi gesekan di pusat galaksi. Karena panah memiliki arah dan kekuatan yang berbeda di wilayah yang berbeda, gaya pasang surut mampu mengubah bentuk galaksi. Kredit: Kipper Hujan
Menemukan galaksi miring sendiri tidaklah sulit, karena galaksi tersebut membentuk sekitar 30 persen dari seluruh galaksi di luar angkasa. Tentu saja, banyak hal bergantung pada seberapa jauh kita melihat bagian terluar sebuah galaksi dan seberapa besar tingkat ketidaksetaraan yang dianggap sebagai galaksi miring.
Selain itu, bentuk galaksi yang miring mungkin tidak hanya disebabkan oleh gesekan dinamis. Ada sejumlah alasan lain yang menyebabkan hal ini. Misalnya, sebuah galaksi yang terbentuk setelah tumbukan beberapa galaksi mungkin berbentuk asimetris. Namun dalam kasus ini, kita seharusnya dapat mendeteksi inti galaksi lain atau lingkaran cahaya bintang yang lebih besar di suatu tempat di galaksi tersebut. Kemiringan galaksi juga bisa disebabkan oleh aliran gas yang terus menerus. Dalam situasi seperti ini, bentuk galaksi memerlukan waktu beberapa miliar tahun untuk pulih.
Kesimpulan dan Penelitian Masa Depan
Oleh karena itu, untuk mengukur kecepatan materi gelap, kita memerlukan galaksi miring yang sedapat mungkin terisolasi dari galaksi lain. Dalam hal ini, lebih pasti bahwa tidak ada yang terjadi padanya selain lewatnya materi gelap.
Dalam penelitian ini, kami telah menemukan cara menghitung secara tepat gaya-gaya yang mempengaruhi galaksi dalam siklus pasang surut. Langkah selanjutnya adalah menemukan galaksi yang cukup miring di alam semesta untuk mempelajari kecepatan materi gelap relatif terhadap galaksi tersebut.
Kosmologi adalah poligon uji penting dalam fisika teoretis. Menghitung kecepatan materi gelap mungkin penting untuk menguji model materi gelap baru dan membuka tabir sifat materi gelap.
Referensi: “Kembali ke masa kini: Perlakuan umum terhadap medan pasang surut akibat gesekan dinamis” oleh Rain Kipper, Peter Tenjes, Maria Benito, Punyakoti Ganeshaiah Veena, Aikaterini Niovi Triantafyllakki, Indrek Vurm, Moorits Mihkel Muru, Maret Einasto dan Elmo Tempel, 15 Desember 2023, Astronomi & Astrofisika.
DOI: 10.1051/0004-6361/202347235
NewsRoom.id
