Materi Gelap Misterius Hilang di Galaksi Kuno

Alam Semesta menjaga rahasianya dengan baik. Jauh sebelum ada apa pun di sekitar mata untuk dilihat, galaksi terbentuk, dan segudang bintang-bintang cemerlang dan gemerlap dilahirkan – menerangi apa yang sebelumnya merupakan hamparan kegelapan tanpa daya. Teori yang paling banyak diterima tentang bagaimana galaksi dilahirkan menyatakan bahwa, di alam semesta primordial, awan buram gas murni yang terkumpul di sepanjang filamen besar yang terdiri dari transparan, misterius, dan berhantu. materi gelap–yang merupakan bahan tak dikenal yang tidak terlihat karena tidak berinteraksi dengan cahaya atau bentuk radiasi elektromagnetik lainnya. Diperkirakan bahwa materi gelap– bentuk materi yang paling melimpah di Cosmos – membentuk buaian aneh dari galaksi yang baru lahir. Namun, pada Maret 2017, para astronom mengumumkan bahwa pengamatan baru mereka terhadap galaksi berputar pada era puncak kelahiran galaksi, 10 miliar tahun yang lalu, secara mengejutkan mengungkapkan bahwa galaksi-galaksi kuno besar-bintang-melahirkan ini benar-benar didominasi oleh atom "biasa" (baryonik) hal yang membangun dunia kita yang akrab – dengan materi gelap memainkan peran yang jauh kurang penting, di daerah yang sebanding dengan cakram luarnya, daripada di galaksi modern yang menghuni alam semesta lokal.

Tim astronom internasional, dipimpin oleh Institut Max Planck untuk Fisika Ekstraterestrial di Jerman, memetakan kurva rotasi enam galaksi di alam semesta kuno ke jarak sekitar 65.000 tahun cahaya dari hati rahasia mereka dan menemukan bahwa kecepatan rotasi mereka tidak konstan tetapi turun dengan radius. Temuan-temuan baru ini telah didukung oleh pengamatan lebih dari 200 galaksi, di mana berbagai perkiraan kondisi dinamiknya juga menunjukkan tingginya baryonik fraksi massa. Lebih jauh lagi, perhitungan baru menunjukkan bahwa galaksi-galaksi yang sangat awal ini memiliki piringan yang lebih tebal, dengan akuntansi gerak bergolak untuk persentase dari dukungan dinamik.

Selama beberapa dekade, berbagai studi galaksi yang mendiami alam semesta lokal telah mengungkap keberadaan, serta pentingnya, dari materi gelap. Sementara "biasa", atau baryonik materi, dapat diamati sebagai bintang yang menyilaukan atau awan gas dan debu yang berkilauan, materi gelap secara eksklusif menari dengan materi "biasa" melalui kekuatan gravitasi. Yang paling penting, itu materi gelap umumnya dianggap bertanggung jawab untuk kurva rotasi datar di galaksi spiral – yang mirip dengan Bima Sakti kita sendiri. Ini berarti bahwa kecepatan rotasi galaksi spiral baik konstan atau meningkat dengan radius.

Dalam gelap

Para ilmuwan jauh lebih yakin tentang apa materi gelap aku s tidak dari apa itu aku s. Dengan memasang model teoritis dari komposisi Cosmos ke kumpulan pengamatan kosmologis gabungan, para astronom telah menentukan bahwa komposisi perkiraan dari Cosmos adalah 68% energi gelap, 27% materi gelap, dan hanya 5% baryonik–atau materi atom "biasa". Meskipun materi atom jelas merupakan keruntuhan tiga kosmik Cosmic, itu benar-benar luar biasa karena itu adalah materi yang membawa kehidupan ke alam semesta. Materi atom menjelaskan secara harfiah setiap elemen atom yang terdaftar di familiar Tabel periodik. Kelahiran Big Bang Alam Semesta, hampir 14 miliar tahun yang lalu, hanya memproduksi unsur-unsur atom paling ringan – hidrogen, helium, dan jumlah litium dan berilium yang sedikit. Semua unsur atom yang lebih berat daripada helium diciptakan dalam panas yang membakar peleburan nuklir tungku bintang-bintang, atau dalam ledakan supernova yang menandai kematian bintang paling masif di alam semesta. Unsur atom lebih berat daripada helium disebut logam oleh para astronom – dan, oleh karena itu, istilah tersebut logam membawa arti yang berbeda bagi para astronom daripada bagi para ahli kimia.

Pada awal 1915, fisikawan mulai mencurigai bahwa bentuk materi yang tidak terlihat – yang berarti materi yang tidak terdeteksi menggunakan radiasi elektromagnetik – mungkin mengintai di alam semesta secara diam-diam. Syarat materi gelap diciptakan oleh astronom Belanda Jacobus Kapteyn (1851-1922) yang, pada awal abad ke-20, mengamati pergerakan bintang-bintang dalam Galaksi Bima Sakti kita. Namun, Kapteyn sampai pada kesimpulan bahwa tidak ada hal seperti itu yang benar-benar ada di alam semesta.

Pada tahun 1932, astronom Belanda Jan Oort (1900-1992), dalam upaya untuk menjelaskan kecepatan orbit bintang di Galaksi kita, adalah yang pertama untuk benar-benar mengusulkan materi gelap eksistensi sejati di alam. Pada tahun 1933, Fritz Zwicky (1898-1974), seorang astrofisikawan Swiss-Amerika di California Institute of Technology (Caltech) di Pasadena, California, juga mengusulkan keberadaan nyata dari bentuk materi transparan yang melimpah. Zwicky melakukan ini dalam upaya untuk menjelaskan bukti "kehilangan massa" yang bersembunyi seperti hantu di Cosmos, mengungkapkan kehadirannya hanya dengan cara itu mempengaruhi kecepatan orbital galaksi dalam kelompok galaksi jauh. Bukti kuat yang berasal dari kurva rotasi galaksi diperoleh oleh astrofisikawan Caltech Horace W. Babcock (1912-2003) pada tahun 1939, tetapi ia tidak menghubungkan pengamatannya yang sangat sugestif dengan keberadaan materi gelap.

Astronom Amerika, Vera Rubin (1928-2016), melakukan pekerjaan perintis pada tingkat rotasi galaksi. Dia bertanggung jawab untuk mengungkap ketidaksesuaian antara perkiraan gerakan sudut galaksi dan gerak yang diamati. Perbedaan ini mengganggu dikenal sebagai masalah rotasi galaksi, dan awalnya bertemu dengan skeptisisme yang cukup besar. Namun, hasil Rubin akhirnya dikonfirmasi selama beberapa dekade berikutnya.

Rubin, yang berasal dari Departemen Carnegie Institute dari Magnetisme Terestrial di Washington D.C., mulai bekerja yang terkait dengan tesis kontroversialnya mengenai gugus galaksi dengan rekannya, pembuat instrumen, Kent Ford (lahir 1931). Bersama Rubin dan Ford membuat ratusan pengamatan, menghasilkan apa yang dikenal sebagai Efek Rubin-Ford. Karya Rubin dengan kuat menunjukkan keberadaan nyata dari bentuk aneh materi tak kasat mata ini – the materi gelap.

Menyusul dengan seksama temuan Rubin, sejumlah pengamatan penting dilakukan oleh para ilmuwan lain yang menunjukkan bahwa hantu materi gelap bersembunyi diam-diam di Cosmos. Penemuan ini kemudian didasarkan pada pengamatan yang termasuk lensa gravitasi objek latar belakang oleh cluster galaksi foreground seperti Cluster Bullet; suhu dan distribusi gas yang membakar panas dalam gugusan galaksi dan galaksi dan – baru-baru ini – pola anisotropi yang diamati dalam Radiasi Gelombang Mikro Kosmik (CMB). Itu CMB radiasi adalah radiasi peninggalan dari kelahiran Big Bang of the Universe sekitar 13,8 miliar tahun yang lalu. Anisotropi yang diamati dalam CMB berasal dari variasi suhu di Cosmos yang baru lahir. Pelensaan gravitasi adalah fenomena yang diusulkan oleh Albert Einstein dalam bukunya Teori Relativitas Umum (1915), ketika dia menyarankan bahwa gravitasi dapat melengkung, membengkokkan, dan memperbesar ruangwaktu, dan sebagai hasilnya, mengubah jalan yang dibawa oleh cahaya perjalanan ke alam semesta – sehingga memiliki efek seperti lensa.

Itu materi gelap hipotesis memainkan peran penting dalam pemodelan pembentukan struktur kosmik saat ini, serta kelahiran dan evolusi galaksi. Kehadiran dari materi gelap juga telah digunakan oleh para ilmuwan untuk menjelaskan anisotropi yang diamati dalam CMB radiasi. Semua garis bukti, yang dikumpulkan oleh para ilmuwan sejauh ini, menunjukkan bahwa galaksi, kelompok galaksi, dan alam semesta secara keseluruhan mengandung lebih banyak materi daripada apa yang dapat diamati dengan menggunakan sinyal elektromagnetik.

Saat ini, teori yang disukai mengusulkan identitas materi gelap menunjukkan bahwa itu terdiri dari partikel masif berinteraksi lemah (WIMPS) yang hanya berinteraksi melalui gaya gravitasi dan (ke tingkat yang lebih kecil) gaya nuklir lemah yang menyumbang beberapa bentuk peluruhan radioaktif (peluruhan beta).

Teori yang paling banyak diterima mengusulkan bahwa galaksi bintang dari Semesta melacak struktur web-seperti besar, berat, besar yang terdiri dari materi gelap. Galaksi-galaksi bercahaya bintang bercahaya yang menari bersama dalam kelompok dan gugus menyala dan menelusuri hal yang tidak terlihat ini Web Cosmic–lingkaran dengan cahaya dongeng mereka yang jika tidak bisa dilihat.

Galaksi dilahirkan kurang dari satu miliar tahun setelah Big Bang. Teori yang disukai, disebut "bottom-up" teori, mengusulkan bahwa galaksi besar adalah penghuni langka dari alam semesta awal, dan bahwa galaksi besar hanya akhirnya mencapai ukuran dewasa mereka yang megah ketika lebih kecil protogalactic gumpalan bergabung bersama untuk menciptakan hal-hal yang lebih besar. Galaksi paling awal mungkin hanya sekitar sepersepuluh ukuran Galaksi Bima Sakti kita yang besar – tetapi mereka sama cemerlangnya karena mereka menghasilkan banyak bintang bayi yang baru lahir. Diperkirakan bahwa struktur galaksi kuno yang sangat terang dan relatif kecil ini berfungsi sebagai "benih" dari mana galaksi-galaksi modern tumbuh.

Di alam semesta bayi, awan gas buram dikumpulkan bersama di sepanjang filamen besar-besaran yang besar Web Cosmic. Selama masa yang sangat awal, suram, jauh sebelum bintang-bintang pertama terbakar, awan buram ini sebagian besar gas hidrogen menabrak satu sama lain sepanjang materi gelap filamen. Itu materi gelap secara gravitasi merenggut awan gas murni primordial ini, yang kemudian berevolusi menjadi pembibitan generasi pertama bintang untuk menerangi Cosmos.

Hal ini umumnya berpikir bahwa galaksi pertama adalah gumpalan gas, menyatu di hati misterius lingkaran cahaya yang terdiri dari yang tak terlihat, hantu materi gelap–dan bahwa lingkaran cahaya ini dikibarkan di kumpulan pertama bintang bayi yang baru lahir. Bintang-bintang bayi yang berkilauan dan berkilauan serta awan gas yang panas membara menerangi apa yang sebelumnya merupakan kegelapan, hamparan yang suram.

Namun, pada titik ini, masih ada beberapa kemungkinan alternatif. Misalnya, "biasa" baryonik materi masih bisa menjelaskan apa yang kita sebut materi gelap jika terkandung dalam katai coklat. Katai coklat adalah "bintang gagal" yang mungkin dilahirkan dengan cara yang sama dengan bintang bintang mereka yang sukses – dari runtuhnya daerah padat yang tertanam di dalam raksasa, dingin, gelap awan molekuler. Sial, sedikit katai coklat tidak pernah berhasil mengakrabkan massa yang diperlukan untuk memicu fusi nuklir reaksi yang bisa menyalakan api bintang mereka – dan, oleh karena itu, mereka tidak pernah mengirimkan cahaya cemerlang mereka bersinar di seluruh Alam Semesta

Gaib Dark Matter Hilang di Galaksi Kuno

Tim astronom internasional, yang dipimpin oleh Dr. Reinhard Genzel dari Institut Max Planck untuk Fisika Ekstraterestrial di Jerman, mengumpulkan spektroskopi pencitraan dalam beberapa ratus galaksi bintang-melahirkan besar-besaran di alam semesta yang jauh. Informasi yang baru diperoleh ini memungkinkan para astronom untuk menentukan kurva rotasi, yang memberikan batasan-batasan penting pada distribusi massa ke tepi paling terlihat galaksi disk untuk berdua materi gelap dan materi atom "biasa" pada periode puncak pembentukan galaksi. Untuk enam galaksi dengan kualitas tertinggi data yang diperoleh, para astronom mampu menghitung individu kurva rotasi, sementara mereka menggunakan pendekatan penumpukan pintar untuk sekitar 100 galaksi untuk membatasi, rata-rata, perwakilan kurva rotasi.

"Secara mengejutkan, kecepatan rotasi tidak konstan, tetapi turun dengan radius. Alasan untuk ini ada dua: Pertama, sebagian besar galaksi masif awal ini sangat didominasi oleh materi normal dengan materi gelap memainkan peran yang jauh lebih kecil daripada di alam semesta lokal. Kedua, disk awal ini jauh lebih bergejolak daripada galaksi spiral yang kita lihat di lingkungan kosmik kita, jadi mereka tidak membutuhkan banyak gerakan melingkar untuk didukung secara dinamis, "Dr. Genzel menjelaskan dalam 16 Maret 2017 Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (Mpe.Mpg) Press Release. Dr. Genzel adalah penulis pertama dari makalah tentang temuan baru dari penelitian ini yang muncul dalam edisi 16 Maret 2017 jurnal Alam.

Kedua efek tampaknya meningkat dengan jarak – ini berarti bahwa mereka memainkan peran yang lebih besar pada zaman kosmik sebelumnya. Dalam astronomi, objek yang lebih jauh berada di Ruang angkasa, yang lebih tua itu dalam Waktu, sebagai akibat dari perluasan Alam Semesta. Ini menunjukkan bahwa di alam semesta muda, sekitar 3 hingga 4 miliar tahun setelah Big Bang, gas yang terkandung dalam galaksi sudah sangat efisien terkondensasi di pusat lingkaran cahaya besar. materi gelap. Butuh miliaran tahun untuk materi gelap dalam halo mengembun juga, dan tidak sampai di kemudian hari bahwa itu memberikan efek dominan pada kecepatan rotasi galaksi cakram modern. Penjelasan ini juga cocok dengan fakta bahwa galaksi yang paling jauh – dan paling kuno – lebih kaya dengan gas, dan juga lebih kompak, daripada galaksi cakram modern yang relatif dekat. Jumlah gas yang banyak membantu untuk menghilangkan momentum sudut dan memaksa gas untuk melakukan perjalanan ke dalam.

"Kita harus sangat berhati-hati ketika membandingkan galaksi-galaksi masif dan kaya-gas awal ini dengan yang ada di alam semesta lokal kita. Spiral masa kini, seperti Bima Sakti kita, membutuhkan tambahan materi gelap dalam berbagai jumlah. Di sisi lain, galaksi pasif lokal – yang didominasi oleh komponen sferoid dan kemungkinan keturunan galaksi dalam penelitian kami – menunjukkan sama rendahnya materi gelap fraksi pada skala galaksi, "jelas Dr Natascha Forster Schreiber pada 16 Maret 2017 Siaran Pers Mpe.Mpg. Dr Schreiber, seorang rekan penulis penelitian, adalah dari Mpe.Mpg.

Selain itu, dua studi dari 240 disk bintang-kelahiran mendukung temuan ini. Pemodelan dinamis terperinci mengungkapkan bahwa, sementara materi atom "biasa" menyumbang sekitar 56% dari seluruh fraksi massa semua galaksi, ia benar-benar mendominasi distribusi materi dalam untuk galaksi pada jarak terbesar di alam semesta awal.

Dr Stijn Wuyts dari University of Bath di Inggris, dan rekan penulis pada keempat makalah, dicatat pada 16 Maret 2017 Siaran Pers Mpe.Mpg bahwa "Anda dapat melakukan aritmatika, dinamikanya mengungkapkan total massa hadir. Kurangi dari apa yang kita lihat dalam bentuk bintang dan gas, dan benar-benar tidak banyak ruang tersisa untuk materi gelap dalam galaksi disk awal ini. Menjatuhkan kurva rotasi tidak hanya sejalan dengan hasil ini, mereka memberikan indikasi yang lebih langsung baryon alam yang didominasi, terutama bagi para peneliti yang memiliki skeptisisme yang sehat tentang keakuratan dengan mana seseorang dapat mengukur jumlah bintang dan gas dalam benda-benda jauh ini. "

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *