Sebuah studi baru-baru ini dari ARC Center of Excellence for Dark Matter Particle Physics menunjukkan bahwa bintang neutron dapat memainkan peran penting dalam memahami materi gelap. Studi tersebut menemukan bahwa partikel materi gelap, ketika bertabrakan di dalam bintang neutron, dapat dengan cepat memanaskan bintang tersebut, sehingga berpotensi membuatnya dapat diamati melalui teknologi astronomi masa depan. Proses pemanasan yang cepat ini, yang sebelumnya diperkirakan memakan waktu lebih lama dari usia alam semesta, kini dapat dicapai dalam hitungan hari, sehingga memberikan metode baru untuk mempelajari interaksi materi gelap dengan materi biasa.
Penelitian terbaru menunjukkan bahwa bintang neutron dapat memanas dengan cepat akibat tumbukan materi gelap, sehingga menawarkan cara baru untuk mendeteksi dan mempelajari materi gelap.
Para ilmuwan mungkin selangkah lebih dekat untuk memecahkan salah satu misteri terbesar alam semesta. Perhitungan terbaru mereka menunjukkan bahwa bintang neutron dapat memainkan peran penting dalam mengungkap materi gelap misterius.
Dalam sebuah makalah yang diterbitkan di Jurnal Kosmologi dan Fisika AstropartikelFisikawan dari Pusat Keunggulan Fisika Partikel Materi Gelap ARC, yang dipimpin oleh Universitas Melbourne, menghitung bahwa energi yang ditransfer ketika partikel materi gelap bertabrakan dan musnah di dalam bintang neutron mati yang dingin dapat memanaskan bintang dengan sangat cepat.
Sebelumnya ada anggapan bahwa perpindahan energi ini bisa memakan waktu yang sangat lama, bahkan dalam beberapa kasus, lebih lama dari usia alam semesta itu sendiri, sehingga pemanasan ini sudah tidak relevan lagi.
Profesor Nicole Bell dari Universitas Melbourne mengatakan perhitungan baru menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa sebagian besar energi akan disimpan hanya dalam beberapa hari.
“Pencarian materi gelap adalah salah satu kisah detektif terhebat dalam sains. Materi gelap membentuk 85 persen materi di alam semesta kita, namun kita tidak dapat melihatnya. Materi gelap tidak berinteraksi dengan cahaya – ia tidak menyerap cahaya, tidak memantulkan cahaya, tidak memancarkan cahaya. Artinya teleskop kita tidak bisa mengamatinya secara langsung, meski kita tahu keberadaannya. Sebaliknya, tarikan gravitasi pada objek yang kita lihat memberi tahu kita bahwa objek tersebut pasti ada di sana.
“Memprediksi materi gelap secara teoritis adalah satu hal, namun mengamatinya secara eksperimental adalah hal lain. Eksperimen di Bumi dibatasi oleh tantangan teknis dalam membangun detektor yang cukup besar. “Namun, bintang neutron bertindak sebagai pendeteksi materi gelap alami yang sangat besar, yang telah mengumpulkan materi gelap dalam jangka waktu yang sangat lama, sehingga bintang tersebut adalah tempat yang baik bagi kita untuk memusatkan upaya kita,” kata Profesor Bell.
Peran Bintang Neutron dalam Deteksi Materi Gelap
Bintang neutron terbentuk ketika bintang supermasif kehabisan bahan bakar dan runtuh. Massanya mirip dengan Matahari kita, bentuknya bulat dan lebarnya hanya 20 km. Semakin padat, mereka menjadi lubang hitam.
“Meskipun materi gelap merupakan jenis materi yang dominan di alam semesta, namun sangat sulit dideteksi karena interaksinya dengan materi biasa sangat lemah. Saking lemahnya, materi gelap bisa langsung menembus Bumi, atau bahkan menembus Matahari.
“Tetapi bintang neutron berbeda – mereka sangat padat sehingga partikel materi gelap lebih mungkin berinteraksi dengannya. Jika partikel materi gelap bertabrakan dengan neutron di dalam bintang, mereka akan kehilangan energi dan terperangkap. Seiring waktu, hal ini akan menyebabkan akumulasi materi gelap di dalam bintang,” kata Profesor Bell.
Kandidat PhD dari Universitas Melbourne Michael Virgato mengatakan hal ini diperkirakan akan memanaskan bintang-bintang neutron tua dan dingin ke tingkat yang mungkin dicapai oleh pengamatan di masa depan, atau bahkan memicu keruntuhannya ke tingkat yang sama. lubang hitam.
“Jika transfer energi terjadi cukup cepat, maka bintang neutron akan memanas. “Agar hal ini terjadi, materi gelap harus mengalami banyak tumbukan di dalam bintang, mentransfer lebih banyak energi materi gelap hingga, pada akhirnya, seluruh energi disimpan di dalam bintang,” kata Mr. Virgato.
Sebelumnya tidak diketahui berapa lama proses ini akan berlangsung karena, seiring dengan semakin kecilnya energi partikel materi gelap, kemungkinan mereka berinteraksi kembali semakin kecil. Akibatnya, perpindahan seluruh energi diperkirakan memakan waktu yang sangat lama – bahkan terkadang lebih lama dari usia alam semesta. Sebaliknya, para peneliti menghitung bahwa 99% energi ditransfer hanya dalam beberapa hari.
“Ini adalah kabar baik karena materi gelap dapat memanaskan bintang neutron hingga tingkat yang berpotensi terdeteksi. Hasilnya, pengamatan bintang neutron dingin akan memberikan informasi penting tentang interaksi antara materi gelap dan materi biasa, serta menjelaskan sifat zat yang sulit dipahami ini.
“Jika kita ingin memahami materi gelap – yang ada dimana-mana – penting bagi kita untuk menggunakan setiap teknik yang kita miliki untuk mengetahui apa sebenarnya materi tersembunyi di alam semesta kita,” kata Mr. Virgato.
Referensi: “Termalisasi dan pemusnahan materi gelap pada bintang neutron” oleh Nicole F. Bell, Giorgio Busoni, Sandra Robles dan Michael Virgato, 3 April 2024, Jurnal Kosmologi dan Fisika Astropartikel.
DOI: 10.1088/1475-7516/2024/04/006
Penelitian ini dilakukan oleh tim ahli internasional di ARC Centre of Excellence for Dark Matter Particle Physics, termasuk Profesor Nicole Bell dan Michael Virgato dari University of Melbourne, Dr. Giorgio Busoni dari University of Melbourne, dan Dr. Universitas Nasional Australia dan Dr. Sandra Robles dari Fermi National Accelerator Laboratory, AS.
NewsRoom.id
