Hamburan materi gelap dapat terjadi pada resonansi yang tepat pada galaksi kecil

Partikel-partikel materi gelap dapat saling berhamburan hanya ketika mereka mencapai energi yang tepat, menurut sebuah studi baru yang diterbitkan dalam Physical Review Letters. Ini mungkin menjelaskan mengapa galaksi dengan ukuran berbeda mengambil bentuk yang mereka lakukan.

Materi gelap adalah bentuk materi misterius dan tidak dikenal yang terdiri lebih dari 80% dari materi di Semesta hari ini - diyakini bertanggung jawab untuk membentuk bintang dan galaksi dengan tarikan gravitasinya, yang mengarah ke keberadaan kita.

Sebagai penulis makalah Hitoshi Murayama, seorang profesor University of California Berkeley dan Institut Kavli untuk Fisika dan Matematika Penyelidik Utama Semesta, mengatakan: “Materi gelap sebenarnya adalah ibu kami yang melahirkan kita semua. Tapi kami belum pernah bertemu dengannya; entah bagaimana, kami terpisah sejak lahir. Siapa dia? Itulah pertanyaan yang ingin kami ketahui. ”

Para astronom mengamati bahwa materi gelap tampaknya tidak menggumpal sangat banyak di galaksi-galaksi kecil, tetapi kepadatannya memuncak tajam dalam sistem yang lebih besar seperti gugusan galaksi. Telah menjadi teka-teki mengapa sistem yang berbeda berperilaku berbeda (Kavli IPMU - Kavli IPMU memodifikasi angka ini berdasarkan gambar yang dikreditkan oleh NASA, STScI)

Para astronom telah menemukan materi gelap tampaknya tidak mengumpul seperti yang disarankan oleh simulasi komputer. Jika gravitasi adalah satu-satunya kekuatan yang mendorong materi gelap, hanya menarik dan tidak pernah mendorong, maka materi gelap harus menjadi sangat padat menuju pusat galaksi. Namun, dalam beberapa kasus - terutama galaksi kecil yang samar yang disebut spheroidal kerdil - materi gelap tampaknya tidak sepadat yang diharapkan ke pusatnya.

Teka-teki ini dapat dipecahkan jika materi gelap saling berhamburan seperti bola bilyar, memungkinkan mereka untuk menyebar lebih merata setelah tabrakan.

Satu masalah dengan gagasan ini adalah bahwa materi gelap tampaknya mengumpul di sistem yang lebih besar seperti kelompok galaksi. Apa yang membuat materi gelap berperilaku berbeda antara bola kerdil dan gugusan galaksi? Tim peneliti internasional dari lembaga-lembaga di Jepang, Jerman dan Austria, telah mengembangkan penjelasan yang dapat memecahkan teka-teki ini, dan akhirnya mengungkapkan apa itu materi gelap.

Fisikawan Tiongkok Xiaoyong Chu, seorang peneliti pascadoktoral di Akademi Ilmu Pengetahuan Austria, menjelaskan: "Jika materi gelap saling berserakan hanya pada kecepatan rendah tetapi sangat khusus, itu bisa terjadi sering dalam bola kerdil kerdil di mana ia bergerak perlahan, tetapi itu adalah jarang dalam kelompok galaksi di mana ia bergerak cepat. Itu perlu mencapai resonansi. ”

Resonansi adalah fenomena umum yang kita jumpai setiap hari. Misalnya, Murayama menunjukkan, untuk mendapatkan lebih banyak oksigen dari segelas anggur sehingga mengeluarkan lebih banyak aroma dan melembutkan rasanya, Anda perlu mengaduknya dengan kecepatan yang tepat. Atau di radio analog lama, Anda memutar tombol untuk menemukan frekuensi yang tepat untuk mencari stasiun favorit Anda.

Tim mencurigai inilah yang sebenarnya dilakukan materi gelap.

Murayama melanjutkan: “Sejauh yang kami tahu, ini adalah penjelasan paling sederhana untuk teka-teki itu. Kami senang karena kami mungkin tahu apa materi gelap itu dalam waktu dekat. ”

Namun, peneliti Kolombia Camilo Garcia Cely, seorang peneliti postdoctoral di Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) di Jerman menunjukkan bahwa tim pada awalnya tidak yakin bahwa ide sederhana seperti itu akan menjelaskan data dengan benar.

Cely mengatakan: "Pertama, kami agak skeptis bahwa ide ini akan menjelaskan data pengamatan; tapi begitu kami mencobanya, itu bekerja seperti pesona! ”

Tim yakin bukan kebetulan kalau materi gelap bisa mengenai nada yang tepat.

Cely melanjutkan: “Ada banyak sistem lain di alam yang menunjukkan kecelakaan yang serupa: di bintang-bintang partikel alpha memukul resonansi berilium, yang pada gilirannya mengenai resonansi karbon, menghasilkan blok bangunan yang memunculkan kehidupan di Bumi. Proses serupa terjadi untuk partikel subatom yang disebut phi. "

Chu melanjutkan: "Ini juga bisa menjadi tanda bahwa dunia kita memiliki dimensi lebih dari yang kita lihat. Jika sebuah partikel bergerak dalam dimensi ekstra, ia memiliki energi.

“Bagi kami yang tidak melihat dimensi ekstra, kami pikir enerji itu sebenarnya adalah massa, terima kasih kepada Einstein E = mc2. Mungkin beberapa partikel bergerak dua kali lebih cepat dalam dimensi ekstra, membuat massanya tepat dua kali lipat massa materi gelap. ”

Langkah tim selanjutnya adalah menemukan data pengamatan yang mendukung teori mereka.

Murayama mengatakan: "Jika ini benar, pengamatan masa depan dan lebih rinci dari berbagai galaksi akan mengungkapkan bahwa hamburan materi gelap memang tergantung pada kecepatannya."

Dia memimpin kelompok internasional terpisah yang berniat untuk melakukan ini dengan tepat menggunakan Prime Focus Spectrograph yang sedang dibangun. Instrumen senilai US $ 80 juta itu akan dipasang pada teleskop Subaru di atas Mauna Kea di Big Island, Hawaii, yang akan mampu mengukur kecepatan ribuan bintang dalam bola kerdil.

Penelitian Asli Surat Tinjauan Fisik: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.071103

Awalnya diterbitkan di sciscomedia.co.uk pada 28 Februari 2019.