Penemuan 'katai gelap' bisa membuka pintu untuk mengungkap misteri materi gelap

DNVN - Sebuah studi yang baru-baru ini diterbitkan menunjukkan bahwa "katai gelap" yang misterius dapat memberikan petunjuk penting, yang berkontribusi dalam memperjelas sifat sebenarnya dari materi gelap – salah satu misteri terbesar dalam kosmologi modern.

Sebuah kelas baru objek bintang yang diusulkan, yang disebut katai gelap, mungkin bersembunyi di pusat galaksi kita. Bintang-bintang redup bermassa rendah ini mungkin ditenagai bukan oleh fusi nuklir, melainkan oleh pemusnahan partikel materi gelap, yang dapat mengungkap sifat yang sulit dipahami dari salah satu misteri terbesar alam semesta. (Konsep seniman). Sumber: SciTechDaily.

Diterbitkan dalam Jurnal Astrofisika dan Astrofisika Nuklir, tim peneliti dari Inggris dan Hawaii memperkenalkan konsep katai gelap dan menjelaskan bagaimana manusia dapat mendeteksinya menggunakan instrumen yang ada, termasuk Teleskop Luar Angkasa James Webb. Nama "katai gelap" bukan karena sifatnya yang gelap, melainkan karena mereka terkait erat dengan materi gelap – materi yang masih menjadi inti astrofisika dan kosmologi hingga saat ini.

"Kami menduga 25% alam semesta terdiri dari jenis materi yang tidak memancarkan cahaya, sehingga tidak terlihat oleh mata telanjang maupun teleskop. Kita hanya dapat mendeteksinya melalui efek gravitasinya. Itulah mengapa kami menyebutnya materi gelap," jelas rekan penulis studi, Profesor Jeremy Sakstein dari Universitas Hawaii.

Meskipun keberadaan materi gelap telah dikonfirmasi dan para ilmuwan telah mengamati perilakunya, sifat aslinya tetap menjadi misteri. Selama 50 tahun terakhir, banyak hipotesis telah diajukan, tetapi tidak ada yang didukung oleh data eksperimen yang kuat. Studi seperti ini bertujuan untuk menyediakan metode praktis guna mendekati jawaban akhir.

Di antara kandidat utama materi gelap adalah Partikel Masif yang Berinteraksi Lemah (WIMP) – partikel bermassa sangat besar yang berinteraksi sangat lemah dengan materi biasa. Partikel ini menembus segala sesuatu hampir tanpa terdeteksi, tidak memancarkan cahaya, tidak terpengaruh oleh gaya elektromagnetik, sehingga tidak memantulkan cahaya dan tetap tak terlihat. WIMP hanya dapat dideteksi secara tidak langsung melalui pengaruh gravitasinya. Ini juga merupakan jenis materi gelap yang diperlukan untuk keberadaan katai gelap.

Ilustrasi katai hitam. Sumber: Gambar dibuat oleh staf Sissa Medialab menggunakan Adobe Illustrator

"Materi gelap dapat berinteraksi secara gravitasi, sehingga terperangkap oleh bintang dan terakumulasi di dalamnya. Ketika itu terjadi, ia dapat berinteraksi dengan dirinya sendiri dan memusnahkan dirinya sendiri, melepaskan energi yang memanaskan bintang," jelas Sakstein.

Bintang biasa, seperti Matahari, bersinar melalui fusi nuklir di intinya, ketika massanya cukup besar sehingga gravitasi dapat memampatkan materi hingga memicu reaksi antar inti atom, melepaskan energi dalam jumlah besar yang kita lihat sebagai cahaya. Di sisi lain, katai gelap juga bersinar, tetapi tidak melalui fusi nuklir.

"Katai gelap sangat kecil, hanya sekitar 8 persen massa Matahari," kata Sakstein. Massa serendah itu tidak cukup untuk memicu reaksi fusi. Jadi, objek-objek ini, meskipun umum di alam semesta, biasanya hanya memancarkan cahaya redup dari energi yang dihasilkan oleh keruntuhan gravitasinya yang kecil, dan disebut katai cokelat.

Namun, ketika mereka berada di wilayah yang kaya akan materi gelap, seperti pusat Bima Sakti, katai cokelat dapat bertransformasi menjadi bentuk lain. "Objek-objek ini mengumpulkan materi gelap, menjadikannya katai gelap," tegas Sakstein. "Semakin banyak materi gelap di sekitar mereka, semakin banyak pula yang mereka kumpulkan. Dan semakin banyak materi gelap yang mereka kumpulkan, semakin banyak energi yang dapat mereka hasilkan dari pemusnahan mereka."

Namun, semua teori ini hanya berlaku untuk jenis materi gelap tertentu. "Agar katai gelap ada, materi gelap harus terbuat dari WIMP, atau partikel masif apa pun yang dapat berinteraksi satu sama lain untuk menciptakan materi tampak," kata Sakstein. Teori-teori lain, seperti aksioma, neutrino steril, atau partikel ultra-ringan yang redup, terlalu ringan untuk menghasilkan efek yang diinginkan. Hanya partikel masif yang dapat berinteraksi dan memusnahkan diri menjadi energi tampak yang akan menyediakan energi yang cukup bagi katai gelap.

Namun, agar hipotesis ini valid, diperlukan metode khusus untuk mengidentifikasi katai gelap. Oleh karena itu, Sakstein dan rekan-rekannya mengusulkan sebuah penanda: Litium-7. Unsur ini terbakar sangat cepat di bintang normal dan cepat menghilang. "Jika Anda menemukan objek yang tampak seperti katai gelap, Anda dapat memeriksa jejak Litium-7. Jika masih ada, kemungkinan besar itu bukan katai cokelat atau semacamnya," jelas Sakstein.

Instrumen modern seperti Teleskop Luar Angkasa James Webb diperkirakan mampu mendeteksi objek yang sangat dingin seperti katai gelap. Sakstein menyarankan pendekatan yang berbeda: "Pilihan lain adalah mengamati keseluruhan populasi dan kemudian bertanya secara statistik apakah populasi katai gelap tambahan perlu ditambahkan untuk mengkarakterisasinya dengan lebih baik."

Jika para ilmuwan mengidentifikasi satu atau lebih katai gelap dalam beberapa tahun mendatang, apakah itu cukup untuk mendukung hipotesis bahwa materi gelap terdiri dari WIMP? "Cukup kuat," jawab Sakstein. "Dengan kandidat materi gelap ringan, seperti aksiom, saya rasa kita tidak akan menemukan apa pun yang tampak seperti katai gelap. Mereka tidak terakumulasi di dalam bintang. Jika kita menemukan katai gelap, itu akan menjadi bukti kuat bahwa materi gelap itu masif dan berinteraksi kuat dengan dirinya sendiri tetapi hanya lemah dengan model standar. Ini termasuk WIMP dan beberapa model eksotis lainnya."

Namun, ia juga mencatat bahwa penemuan katai gelap tidak serta merta berarti bahwa materi gelap adalah WIMP, tetapi bisa jadi merupakan WIMP atau bentuk materi lain yang berperilaku sangat mirip dengan WIMP.

Jika hipotesis ini terkonfirmasi, maka akan membuka arah penelitian baru, yang berpotensi mengungkap salah satu misteri terbesar alam semesta.

La Khe (Menurut SciTech Daily)

Sumber: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-sao-lun-toi-co-the-mo-canh-cua-giai-ma-bi-an-vat-chat-toi/20250905082132203