Sebuah studi baru-baru ini dari ARC Center of Excellence for Dark Matter Particle Physics menunjukkan bahwa bintang neutron dapat memainkan peran penting dalam memahami materi gelap. Studi tersebut menemukan bahwa partikel materi gelap, ketika bertabrakan di dalam bintang neutron, dapat dengan cepat memanaskan bintang-bintang tersebut, sehingga berpotensi membuatnya dapat diamati melalui teknologi astronomi masa depan. Proses pemanasan yang cepat ini, yang sebelumnya diperkirakan memakan waktu lebih lama dari usia alam semesta, kini dapat dicapai dalam hitungan hari, sehingga memberikan metode baru untuk mempelajari interaksi materi gelap dengan materi biasa.
Penelitian terbaru menunjukkan bahwa bintang neutron mungkin cepat memanas akibat tumbukan materi gelap, sehingga menawarkan cara baru untuk mendeteksi dan mempelajari materi gelap.
Para ilmuwan mungkin selangkah lebih dekat untuk mengungkap salah satu misteri terbesar alam semesta. Perhitungan terbaru mereka menunjukkan bahwa bintang neutron dapat memainkan peran penting dalam mengungkap materi gelap misterius.
Dalam sebuah makalah yang diterbitkan di Jurnal Kosmologi dan Fisika Astropartikelfisikawan dari ARC Centre of Excellence for Dark Matter Particle Physics, yang dipimpin oleh University of Melbourne, menghitung bahwa energi yang ditransfer ketika partikel materi gelap bertabrakan dan musnah di dalam bintang neutron mati yang dingin dapat memanaskan bintang dengan sangat cepat.
Sebelumnya diperkirakan bahwa perpindahan energi ini bisa memakan waktu yang sangat lama, dalam beberapa kasus, lebih lama dari usia alam semesta itu sendiri, sehingga pemanasan ini tidak relevan lagi.
Profesor Nicole Bell dari Universitas Melbourne mengatakan perhitungan baru menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa sebagian besar energi akan disimpan hanya dalam beberapa hari.
“Pencarian materi gelap adalah salah satu kisah detektif terhebat dalam sains. Materi gelap membentuk 85 persen materi di alam semesta kita, namun kita tidak dapat melihatnya. Materi gelap tidak berinteraksi dengan cahaya – ia tidak menyerap cahaya, tidak memantulkan cahaya, tidak memancarkan cahaya. Artinya teleskop kita tidak bisa mengamatinya secara langsung, meski kita tahu keberadaannya. Sebaliknya, tarikan gravitasinya pada benda-benda yang kita lihat memberi tahu kita bahwa benda itu pasti ada di sana.
“Memprediksi materi gelap secara teoritis adalah satu hal, tetapi mengamatinya secara eksperimental adalah hal lain. Eksperimen di Bumi dibatasi oleh tantangan teknis dalam membuat detektor yang cukup besar. Namun, bintang neutron bertindak sebagai pendeteksi materi gelap alami yang sangat besar, yang telah mengumpulkan materi gelap dalam rentang waktu yang sangat lama, sehingga bintang-bintang tersebut adalah tempat yang baik bagi kita untuk memusatkan upaya kita,” kata Profesor Bell.
Peran Bintang Neutron dalam Deteksi Materi Gelap
Bintang neutron terbentuk ketika bintang supermasif kehabisan bahan bakar dan runtuh. Mereka memiliki massa yang mirip dengan Matahari kita, berbentuk bola dengan lebar hanya 20 km. Semakin padatnya, mereka akan menjadi lubang hitam.
“Meskipun materi gelap adalah jenis materi yang dominan di alam semesta, namun sangat sulit dideteksi karena interaksinya dengan materi biasa sangat lemah. Saking lemahnya, materi gelap bisa langsung menembus Bumi, atau bahkan menembus Matahari.
“Tetapi bintang neutron berbeda – mereka sangat padat sehingga partikel materi gelap lebih mungkin berinteraksi dengan bintang tersebut. Jika partikel materi gelap bertabrakan dengan neutron di bintang, mereka akan kehilangan energi dan terperangkap. Seiring waktu, hal ini akan menyebabkan akumulasi materi gelap di dalam bintang,” kata Profesor Bell.
Kandidat PhD dari Universitas Melbourne Michael Virgato mengatakan hal ini diperkirakan akan memanaskan bintang-bintang neutron yang tua dan dingin ke tingkat yang mungkin dapat dicapai oleh pengamatan di masa depan, atau bahkan memicu keruntuhan bintang tersebut hingga mencapai tingkat yang sama. lubang hitam.
“Jika transfer energi terjadi cukup cepat, maka bintang neutron akan memanas. Agar hal ini terjadi, materi gelap harus mengalami banyak tumbukan di dalam bintang, mentransfer lebih banyak energi materi gelap hingga, pada akhirnya, semua energi disimpan di dalam bintang,” kata Mr. Virgato.
Sebelumnya tidak diketahui berapa lama proses ini akan berlangsung karena, ketika energi partikel materi gelap semakin mengecil, kemungkinan mereka untuk berinteraksi lagi semakin kecil. Akibatnya, perpindahan seluruh energi dianggap memakan waktu yang sangat lama – terkadang lebih lama dari usia alam semesta. Sebaliknya, para peneliti menghitung bahwa 99% energi ditransfer hanya dalam beberapa hari.
“Ini adalah kabar baik karena materi gelap dapat memanaskan bintang neutron ke tingkat yang berpotensi terdeteksi. Hasilnya, pengamatan terhadap bintang neutron dingin akan memberikan informasi penting tentang interaksi antara materi gelap dan materi biasa, serta menjelaskan sifat zat yang sulit dipahami ini.
“Jika kita ingin memahami materi gelap – yang ada dimana-mana – penting bagi kita untuk menggunakan setiap teknik yang kita miliki untuk mencari tahu apa sebenarnya materi tersembunyi di alam semesta kita,” kata Mr. Virgato.
Referensi: “Termalisasi dan pemusnahan materi gelap pada bintang neutron” oleh Nicole F. Bell, Giorgio Busoni, Sandra Robles dan Michael Virgato, 3 April 2024, Jurnal Kosmologi dan Fisika Astropartikel.
DOI: 10.1088/1475-7516/2024/04/006
Penelitian ini dilakukan oleh tim ahli internasional di ARC Centre of Excellence for Dark Matter Particle Physics, termasuk Profesor Nicole Bell dan Michael Virgato dari University of Melbourne, Dr. Giorgio Busoni dari University of Melbourne, dan Dr. Universitas Nasional Australia dan Dr. Sandra Robles dari Fermi National Accelerator Laboratory, AS.
