1 week ago
10
Ilustrasi(freepik)
SELAMA bertahun-tahun, para ilmuwan kosmologi berusaha memahami hubungan erat antara galaksi dan halo materi gelap — struktur tak terlihat yang diyakini menjadi tempat “berkumpulnya” galaksi melalui gravitasi. Namun kini, sebuah studi baru justru membalikkan arah pertanyaan tersebut. Jika selama ini kita bertanya apakah mungkin galaksi bisa ada tanpa halo materi gelap, kini para peneliti bertanya sebaliknya: mungkinkah ada halo materi gelap yang tak pernah membentuk galaksi?
Bayangkan halo-halo ini seperti telur Paskah kosong yang mengembara di alam semesta: tampak tak berisi, namun tetap memiliki pengaruh gravitasional. Itulah ide yang dieksplorasi Ethan Nadler, astrofisikawan dari University of California, San Diego. Dalam penelitiannya, ia mencari tahu apakah mungkin ada struktur halo materi gelap yang tidak pernah menghasilkan bintang.
Menurut teori pembentukan galaksi, gas dan debu berkumpul di “sumur gravitasi” yang dihasilkan oleh gumpalan materi gelap. Lama-kelamaan, proses ini membentuk bintang, dan akhirnya galaksi tumbuh di pusat halo tersebut. Namun Nadler mempertanyakan asumsi bahwa semua halo selalu mampu membentuk bintang. “Kita tahu bahwa setiap galaksi yang pernah kita amati berada di dalam halo materi gelap,” ujarnya. “Tapi kita belum tahu apakah ada halo gelap sepenuhnya — halo yang tak pernah membentuk bintang.”
Sebelumnya, para ilmuwan memperkirakan hanya halo dengan massa antara 100 juta hingga 1 miliar kali massa Matahari yang dapat membentuk bintang. Namun penelitian terbaru Nadler menunjukkan batas bawah tersebut mungkin jauh lebih rendah — sekitar 1 juta massa Matahari — terutama ketika mempertimbangkan pendinginan gas oleh molekul hidrogen, bukan hanya atom hidrogen tunggal seperti dalam model sebelumnya. Artinya, di awal sejarah alam semesta, sekitar satu miliar tahun setelah Big Bang, bintang mungkin sudah bisa terbentuk di halo yang jauh lebih kecil dari yang selama ini diperkirakan.
Meski begitu, tak semua halo kecil berhasil membentuk bintang. Banyak yang mungkin terganggu radiasi dari galaksi lain yang lebih terang dan besar, sehingga gagal “menyalakan” proses pembentukan bintang. Jika benar banyak halo kecil tidak memiliki bintang, maka mereka bisa jadi lebih umum dan melimpah di alam semesta daripada yang kita duga sebelumnya.
“Secara teori, model kosmologi memprediksi jumlah halo kecil jauh lebih banyak daripada halo besar. Jadi masuk akal jika banyak di antaranya adalah halo gelap,” jelas Nadler.
Halo Gelap dan Gravitasi yang Membelokkan Cahaya
Meski tak bisa dilihat secara langsung, keberadaan materi gelap dapat diketahui lewat pengaruh gravitasinya terhadap benda langit di sekitarnya. Materi gelap menyumbang sekitar 85% dari total massa alam semesta — lima kali lebih banyak dari materi “biasa” yang menyusun bintang, planet, dan makhluk hidup.
Namun bagaimana mendeteksi halo materi gelap yang tak memiliki galaksi di pusatnya? Di sinilah teori relativitas umum Einstein berperan. Materi — bahkan yang tak tampak — bisa membelokkan jalur cahaya melalui fenomena yang dikenal sebagai pelensaan gravitasi. Ketika cahaya dari objek jauh melewati “lekukan” ruang-waktu yang disebabkan massa halo, jalur cahayanya berubah. Akibatnya, kita bisa melihat sumber cahaya yang sama muncul di beberapa lokasi, atau mengalami penguatan sinyal.
“Efek pelensaan gravitasi ini memungkinkan kita menyimpulkan keberadaan halo gelap dari pengaruhnya terhadap cahaya di latar belakang,” ujar Nadler. “Kita tidak melihat objeknya langsung, tapi kita melihat efeknya.”
Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) mulai memiliki sensitivitas terhadap halo kecil dengan massa sekitar 10 juta kali Matahari. Fasilitas seperti Rubin Observatory yang akan datang diperkirakan bisa mendeteksi ribuan kasus pelensaan gravitasi kuat. Dengan semakin canggihnya instrumen astronomi, Nadler optimis deteksi langsung terhadap halo gelap ini bisa terjadi dalam satu dekade ke depan.
Menguji Teori Kosmologi
Penemuan atau ketiadaan halo materi gelap gelap berimplikasi besar bagi teori kosmologi saat ini. Jika benar halo gelap melimpah, ini mendukung model kosmologi Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM) — kerangka kerja utama dalam pemahaman struktur alam semesta. Namun jika ternyata halo-halo kecil tersebut tidak ada, maka model ini harus dipertanyakan.
“Ketiadaan halo gelap bisa berarti bahwa model materi gelap ‘dingin’ standar tidak akurat pada skala kecil,” kata Nadler. “Kita mungkin harus mempertimbangkan alternatif lain seperti materi gelap hangat, fuzzy, atau bahkan yang berinteraksi dengan dirinya sendiri.”
Pada akhirnya, peta distribusi halo dengan dan tanpa galaksi dapat membantu menjawab pertanyaan mendasar tentang bagaimana galaksi terbentuk, serta bagaimana materi gelap benar-benar bekerja di balik layar kosmik yang tak terlihat. (space/Z-2)
