Diidentifikasi pada tahun 2016, Crater 2 menonjol di antara galaksi-galaksi satelit karena ukurannya yang sangat besar dan tingkat kecerahan yang sangat rendah, yang mengisyaratkan adanya dinamika materi gelap yang tidak biasa. Model CDM yang berlaku saat ini kesulitan untuk memperhitungkan fitur-fitur tersebut. (Konsep artis.) Kredit: SciTechDaily.com
Crater 2, galaksi satelit yang besar dan redup, menunjukkan sifat-sifat yang menantang teori materi gelap dingin tradisional. Teori SIDM memberikan penjelasan yang lebih baik, yang menunjukkan interaksi materi gelap yang mengurangi kepadatan dan meningkatkan ukuran galaksi, sesuai dengan pengamatan.
Crater 2, terletak sekitar 380.000 tahun cahaya dari Bumi, adalah salah satu galaksi satelit terbesar di Bima Sakti. Sangat dingin dan bintang-bintang bergerak lambat, Crater 2 memiliki tingkat kecerahan permukaan yang rendah. Bagaimana galaksi ini terbentuk masih belum jelas.
Tantangan dalam Memahami Crater 2
“Sejak penemuannya pada tahun 2016, telah ada banyak upaya untuk mereproduksi sifat-sifat unik Crater 2, tetapi hal ini terbukti sangat menantang,” kata Hai-Bo Yu, seorang profesor fisika dan astronomi di University of California, Riverside, yang timnya sekarang menawarkan penjelasan tentang asal-usul Crater 2 dalam sebuah makalah yang diterbitkan baru-baru ini di Itu Surat Jurnal Astrofisika.
Galaksi satelit adalah galaksi yang lebih kecil yang mengorbit galaksi induk yang lebih besar. Materi gelap menyusun 85% materi alam semesta, dan dapat membentuk struktur bulat di bawah pengaruh gravitasi yang disebut halo materi gelap. Tidak terlihat, halo tersebut menembus dan mengelilingi galaksi seperti Crater 2. Fakta bahwa Crater 2 sangat dingin menunjukkan halo-nya memiliki kepadatan rendah.
Galaksi kita, Bima Sakti, dikelilingi oleh sekitar lima puluh galaksi kerdil. Sebagian besar galaksi ini hanya dapat diidentifikasi melalui teleskop dan diberi nama sesuai dengan konstelasi tempat mereka muncul di langit (misalnya, Draco, Sculptor, atau Leo). Namun, dua galaksi kerdil yang paling jelas disebut Awan Magellan Besar (LMC) dan Awan Magellan Kecil (SMC), dan keduanya mudah terlihat oleh mata telanjang. Kredit: ESA/Gaia/DPAC
Yu menjelaskan bahwa Crater 2 berevolusi di medan pasang surut Bima Sakti dan mengalami interaksi pasang surut dengan galaksi induknya, mirip dengan bagaimana lautan Bumi mengalami gaya pasang surut akibat gravitasi Bulan. Secara teori, interaksi pasang surut dapat mengurangi kepadatan halo materi gelap.
Namun, pengukuran terkini orbit Kawah 2 di sekitar Bima Sakti menunjukkan kekuatan interaksi pasang surut terlalu lemah untuk menurunkan kepadatan materi gelap galaksi satelit agar konsisten dengan pengukurannya — jika materi gelap terbuat dari partikel dingin tanpa tabrakan, seperti yang diharapkan dari teori materi gelap dingin, atau CDM yang berlaku.
“Teka-teki lainnya adalah bagaimana Kawah 2 bisa berukuran besar, karena interaksi pasang surut akan mengurangi ukurannya saat galaksi satelit berevolusi di medan pasang surut Bima Sakti,” kata Yu.
Mengusulkan Teori Baru: SIDM
Yu dan timnya mengajukan teori yang berbeda untuk menjelaskan sifat dan asal-usul Crater 2. Disebut materi gelap yang berinteraksi sendiri, atau SIDM, teori ini dapat menjelaskan distribusi materi gelap yang beragam secara meyakinkan. Teori ini mengusulkan bahwa partikel materi gelap berinteraksi sendiri melalui gaya gelap, yang saling bertabrakan dengan kuat di dekat pusat galaksi.
“Penelitian kami menunjukkan bahwa SIDM dapat menjelaskan sifat-sifat yang tidak biasa dari Crater 2,” kata Yu. “Mekanisme utamanya adalah bahwa interaksi diri materi gelap memanaskan halo Crater 2 dan menghasilkan inti dengan kepadatan yang dangkal, yaitu, kepadatan materi gelap diratakan pada jari-jari yang kecil. Sebaliknya, dalam halo CDM, kepadatan akan meningkat tajam ke arah pusat galaksi.”
Menurut Yu, dalam SIDM, kekuatan interaksi pasang surut yang relatif kecil, konsisten dengan apa yang dapat diharapkan dari pengukuran orbit Kawah 2, cukup untuk menurunkan kepadatan materi gelap Kawah 2, konsisten dengan pengamatan.
“Yang penting, ukuran galaksi juga meluas dalam halo SIDM, yang menjelaskan ukuran besar Crater 2,” kata Yu. “Partikel materi gelap terikat lebih longgar dalam halo SIDM berinti daripada dalam halo CDM yang ‘bergelombang’. Penelitian kami menunjukkan bahwa SIDM lebih baik daripada CDM dalam menjelaskan bagaimana Crater 2 terbentuk.”
Referensi: “Interpretasi Materi Gelap Kawah II yang Berinteraksi Sendiri” oleh Xingyu Zhang, Hai-Bo Yu, Daneng Yang dan Haipeng An, 10 Juni 2024, Surat Jurnal Astrofisika.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad50cd
Yu bergabung dalam penelitian ini dengan Daneng Yang dari UCR, serta Xingyu Zhang dan Haipeng An dari Universitas Tsinghua di Tiongkok.
Penelitian Yu didukung oleh John Templeton Foundation dan Departemen Energi AS.
