Para peneliti mengukur kecepatan materi gelap dengan mempelajari galaksi-galaksi miring yang dipengaruhi oleh gesekan dinamis yang disebabkan oleh materi gelap. Metode ini membantu dalam memahami interaksi antara galaksi dan materi gelap, membantu teori fisika dan kosmologi. Kredit: SciTechDaily.com
Studi tentang galaksi miring mengungkapkan bagaimana efek gravitasi dan gesekan dinamis dapat menjelaskan misteri materi gelap, sehingga meningkatkan pemahaman kita dalam kosmologi.
Jadi bagaimana kecepatan materi gelap diukur? Prasyaratnya adalah menemukan galaksi di alam semesta yang bergerak relatif terhadap materi gelap. Karena segala sesuatu di alam semesta bergerak dan terdapat banyak materi gelap, tidak sulit untuk menemukan galaksi seperti itu.
Benda berat, seperti galaksi, menarik semua jenis materi, baik materi gelap maupun materi tampak yang kita temui sehari-hari. Saat materi gelap bergerak melewati sebuah galaksi, galaksi tersebut mulai menarik partikel materi gelap ke arahnya. Namun perubahan arah kecepatan partikel membutuhkan waktu. Sebelum lintasannya melengkung menuju galaksi, mereka sudah berhasil melewati galaksi tersebut.
Peran Gesekan Dinamis
Dengan demikian, partikel materi gelap tidak masuk ke galaksi, melainkan bergerak ke belakang galaksi (lihat video di bawah). Oleh karena itu, di belakang galaksi, kepadatan materi meningkat, dan ini menyebabkan perlambatan galaksi – sebuah fenomena yang disebut gesekan dinamis. Kekuatan gesekan dinamis, pada gilirannya, bergantung pada seberapa cepat partikel materi gelap melewati galaksi, yaitu berapa lama galaksi memiliki waktu untuk mengubah lintasan partikel materi gelap. Ketika partikel lewat dengan lambat, kepadatan materi semakin dekat ke galaksi, menyebabkannya semakin melambat.
Titik hijau mewakili sebuah galaksi, dan panel atas menunjukkan pergerakan partikel materi gelap melewati galaksi (jika ada galaksi di panel yang sesuai). Panel bawah menunjukkan bentuk semua lintasan, menunjukkan bahwa medan gravitasi suatu galaksi mempengaruhi partikel materi, sehingga menciptakan kepadatan berlebih di belakang galaksi. Kepadatan yang berlebihan kembali memperlambat galaksi dan mengubah bentuknya. Kredit: Hujan Kipper
Memahami Bentuk Galaksi dan Materi Gelap
Mari kita asumsikan bahwa galaksi yang menyebabkan gesekan dinamis tidaklah kecil, melainkan besar. Dalam hal ini, kepadatan berlebih di baliknya menghasilkan gesekan dengan kekuatan berbeda di berbagai titik di galaksi, seperti terlihat pada Gambar 1. Perbedaan gesekan membuat bentuk galaksi semakin miring. Kita mengalami perubahan bentuk serupa di Bumi seperti siklus pasang surut – pasang surut yang disebabkan oleh gravitasi bulan.
Tidak relevan seberapa besar partikel materi gelap nantinya – orbitnya masih melengkung di belakang galaksi. Metode ini mungkin tidak memberikan hasil yang akurat jika ukuran partikelnya sebanding dengan galaksi itu sendiri. Namun, model materi gelap ini sudah dikecualikan.
Gambar 1. Gesekan dinamis. Panel-panel tersebut menggambarkan area jarang di alam semesta dengan warna gelap dan area padat dengan warna terang. Panel atas menunjukkan kepadatan di sekitar galaksi jika gravitasi galaksi membelok (kiri) atau tidak membelokkan (kanan) lintasan partikel materi gelap. Panel bawah menunjukkan perbedaan di antara keduanya, atau bagaimana galaksi memengaruhi distribusi materi gelap. Panah mewakili percepatan yang disebabkan oleh kepadatan berlebih di belakang galaksi, yang mengurangi gesekan pada pusat galaksi. Karena anak panah memiliki arah dan kekuatan yang berbeda di wilayah yang berbeda, gaya pasang surut mampu mengubah bentuk galaksi. Kredit: Hujan Kipper
Menemukan galaksi miring itu sendiri tidaklah sulit, karena galaksi-galaksi tersebut membentuk sekitar 30 persen dari seluruh galaksi di luar angkasa. Tentu saja, banyak hal bergantung pada seberapa jauh kita melihat bagian terluar sebuah galaksi dan seberapa besar tingkat ketimpangan yang dianggap sebagai sebuah galaksi miring.
Selain itu, bentuk galaksi yang miring mungkin tidak hanya disebabkan oleh gesekan dinamis. Ada sejumlah alasan lain yang menyebabkan hal tersebut. Misalnya, galaksi yang terbentuk setelah tumbukan beberapa galaksi mungkin berbentuk asimetris. Namun dalam kasus ini, kita seharusnya dapat mendeteksi inti galaksi lain atau lingkaran cahaya bintang yang lebih besar di suatu tempat di dalam galaksi. Kemiringan galaksi juga bisa disebabkan oleh aliran gas yang terus-menerus. Dalam situasi seperti itu, bentuk galaksi memerlukan waktu beberapa miliar tahun untuk pulih.
Kesimpulan dan Penelitian Masa Depan
Oleh karena itu, untuk mengukur kecepatan materi gelap, kita memerlukan galaksi miring yang sedapat mungkin terisolasi dari galaksi lain. Dalam hal ini, lebih pasti bahwa tidak ada yang terjadi padanya selain lewatnya materi gelap.
Dalam penelitian ini, kami telah menemukan cara menghitung secara tepat gaya-gaya yang mempengaruhi galaksi dalam siklus pasang surut. Tahap selanjutnya adalah menemukan galaksi-galaksi yang cukup miring di alam semesta untuk mempelajari kecepatan materi gelap relatif terhadap galaksi-galaksi tersebut.
Kosmologi adalah poligon ujian penting dalam fisika teoretis. Menghitung kecepatan materi gelap dapat menjadi penting untuk menguji model materi gelap baru dan mengangkat tabir kerahasiaan sifat materi gelap.
Referensi: “Kembali ke masa kini: Perlakuan umum terhadap medan pasang surut akibat gesekan dinamis” oleh Rain Kipper, Peter Tenjes, Maria Benito, Punyakoti Ganeshaiah Veena, Aikaterini Niovi Triantafyllakki, Indrek Vurm, Moorits Mihkel Muru, Maret Einasto dan Elmo Tempel, 15 Desember 2023, Astronomi & Astrofisika.
DOI: 10.1051/0004-6361/202347235
