Sama seperti riak di kolam menunjukkan bahawa seseorang melemparkan batu, berlari meter air, atau melompat katak, kewujudan bahan misteri - bahan gelap - ditentukan oleh kesannya yang luas di angkasa. Ahli astronomi tidak dapat memerhatikannya secara langsung, tetapi graviti bahan gelap menentukan kelahiran, bentuk, dan pergerakan galaksi. Ini menjadikan penemuan tahun lalu sama sekali tidak dijangka: di galaksi aneh dan menyebar, tidak ada benda gelap sama sekali. Adakah anda fikir itu sahaja? Tidak kira bagaimana keadaannya.
Galaksi tanpa bahan gelap
Beberapa sarjana menyambut baik penemuan ini. Yang lain telah menyuarakan keraguan mereka dengan mengkritik pengukuran jarak dan gerakan galaksi. Taruhannya tinggi: jika memang terdapat kekurangan bahan gelap di galaksi ini, secara paradoks akan mengesahkan adanya perkara ini.
Oleh itu, pasukan asal telah memperoleh bukti tambahan untuk menyokong penemuan asalnya. Sebagai tambahan, galaksi kedua telah dijumpai dengan gejala yang serupa. Dulu ada satu galaksi ultradiffuse yang bebas dari bahan gelap (pada pandangan pertama), sekarang ada dua.
"Satu objek selalu dapat dihapus sebagai unicorn, tetapi sebaik sahaja anda menemui dua unicorn, anda akan mula bertanya-tanya tentang kemungkinan adanya unicorn," kata Michael Boylan-Kolchin, ahli astronomi di University of Texas di Austin, yang tidak terlibat dalam kajian ini. "Dan kemudian anda mula memikirkan dari mana asalnya, apa sifat mereka, dan seberapa umum ia."
Mencari unicorn
Video promosi:
Dua galaksi yang menarik bagi kami sangat samar dan jauh dari Bumi: foton dari kelompok bintang mereka mula bergerak menuju planet kita pada hari-hari terakhir pemerintahan dinosaur, kira-kira 65 juta tahun yang lalu. Galaksi pertama NGC 1052-DF2 adalah ukuran Bima Sakti, tetapi mengandungi 100 kali lebih sedikit bintang. Galaksi baru NGC 1052-DF4 terletak di kawasan langit yang sama dan berukuran dan ukuran sama.
Pada bulan Mac tahun lalu, saintis yang diketuai oleh Shani Danieli dan Peter van Dokkum dari Yale University menerbitkan sebuah kajian yang menganggarkan ukuran NGC 1052-DF2 dengan memerhatikan cahaya bintangnya, serta pergerakan kelompok bintang yang mengelilinginya. Sekiranya NGC 1052-DF2 mengandungi bahan gelap sebanyak yang biasanya diharapkan oleh ahli astronomi, bahan gelap akan meningkatkan kelajuan orbit fenomena bintang ini. Tetapi mereka bergerak perlahan, yang menunjukkan bahawa tidak ada perkara gelap. Pengkritik berpendapat bahawa halaju kluster bintang ini salah perhitungan - dan walaupun betul, ukuran sampel hanya 10 kluster bintang terlalu sederhana untuk menentukan stok bahan gelap NGC 1052-DF2.
Pada bulan Oktober, Danieli memutuskan untuk mengatasi masalah ini dengan menggunakan teknik yang berbeza. Dia mengambil Keck Cosmic Web Imager, instrumen baru yang baru dipasang di belakang cermin utama teleskop Keck sepanjang 10 meter di Hawaii. Instrumen ini dapat mengukur cahaya dari objek yang sangat samar dengan resolusi yang sangat tinggi, menjadikannya sesuai untuk mempelajari galaksi ultradiffuse seperti NGC 1052-DF2. Alat ini sangat baik sehingga Danieli tidak perlu lagi mempelajari pergerakan kelompok bintang untuk menentukan jisim galaksi. Sebagai gantinya, dia dapat memperoleh massa secara langsung, secara langsung menggunakan cahaya bintang galaksi.
Dari segi maklumat, cahaya bintang mengandungi banyak daripadanya. Dengan memisahkan cahaya menjadi warna penyusunnya (ini disebut spektroskopi), para saintis dapat menentukan komposisi bintang, umurnya, arahnya di angkasa, dan kelajuan. Sebilangan besar maklumat ini dihantar dalam bentuk garis spektrum - elemen linear yang tertanam dalam spektrum bintang kerana pelepasan atau penyerapan pelbagai unsur kimia. Instrumen Keck mengukur spektrum kira-kira 10 juta bintang di galaksi DF2. Ukuran penyebaran antara bintang terpantas dan paling lambat di galaksi memberikan idea tentang berapa banyak jirim berinteraksi dengan mereka. Semakin banyak masalah - gelap atau jenis lain - semakin besar penyebaran dalam kelajuan bintang.
"Yang mengejutkan kami, kami mengukur garis spektrum yang sangat sempit yang meninggalkan ruang yang sangat sedikit untuk lebih banyak jisim selain jisim yang dibawa oleh bintang ke galaksi," kata Danieli. Tidak ada tempat untuk perkara gelap.
Sementara itu, Erik Emsellem dari Observatorium Selatan Eropah dan rakan-rakannya telah menjelajah galaksi dengan Teleskop Sangat Besar di Gurun Atacama Chile. Mereka juga menemui penyebaran halaju rendah yang menyokong senario bahan gelap yang hilang.
Nicholas Martin, ahli astronomi di University of Strasbourg di Perancis, adalah salah seorang pengkritik artikel asal. Dalam makalah susulan yang diterbitkan tahun lalu, dia berpendapat bahawa terlalu sukar untuk mengira jisim galaksi DF2 berdasarkan pergerakan kluster bintang di sekitarnya. Tetapi Martin mengatakan bahawa dia telah diyakinkan dengan hasil terbaru dari Danieli dan Emsell.
"Ini menjadi mungkin berkat instrumen baru yang tiba di teleskop terbesar di planet ini. Sejujurnya, setahun yang lalu tidak jelas bagi saya bahawa ini dapat dilaksanakan. Setahun yang lalu saya tidak bersedia untuk mengatakan bahawa sistem ini benar-benar aneh, kerana menurut saya pengukuran tidak disokong sepenuhnya oleh data. Tetapi sekarang setelah ada dua pasukan berbeza yang telah mengukur jarak kelajuan bintang itu sendiri, saya rasa telah menjadi jelas bahawa ada keanehan."
Penemuan Danieli dibentangkan dalam sebuah persidangan mengenai perkara gelap di Princeton University dan akan diterbitkan dalam Astrophysical Journal Letters.
Secara keseluruhan, kajiannya menunjukkan bahawa terdapat keseluruhan kelas galaksi yang tidak mempunyai masalah gelap.
Dalam mencari perkara yang hilang
Beberapa ahli astronomi sedang memikirkan bagaimana galaksi seperti itu dapat terbentuk dan ke mana jurang gelap itu pergi. Boylan-Kolchin mengatakan satu kemungkinan adalah tarikan graviti galaksi yang berdekatan dan jauh lebih besar, terpisah dari bahan gelap. Atau DF2 dan DF4 mungkin bukan galaksi sama sekali, tetapi koleksi bintang sederhana yang menyamar sebagai galaksi; dalam kes ini, kumpulan bintang terpencil ini dapat terbentuk daripada jet gas bertembung yang melarikan diri ke tempat lain. Atau mungkin ada senario yang lebih membosankan, misalnya, orientasi galaksi berbanding Bumi, yang memberi kesan buruk untuk mendapatkan pengukuran spektrum pergerakan mereka yang tepat.
Satu perkara yang pasti: jika tidak timbul keraguan berat, ketiadaan bahan gelap di galaksi akan meyakinkan bahawa perkara ini dapat dipisahkan dari bintang, gas, habuk dan benda biasa yang lain. Dan itu, pada gilirannya, akan menguatkan hujah untuk adanya jirim gelap.
Sehingga kini, tidak ada yang pasti menemui bahan gelap, walaupun selama beberapa dekad dilakukan kajian mendalam. Kekurangan bukti telah mendorong sebilangan ahli astrofizik untuk mencari cara alternatif untuk mengukir galaksi dan mengawal geraknya melalui kemunculan hipotesis seperti "graviti yang muncul" dan "dinamika Newtonian yang diubah." Penyokong hipotesis ini berpendapat bahawa kebanyakan ahli astronomi percaya bahawa bahan gelap mungkin merupakan fenomena yang timbul daripada fizik yang tidak kita fahami sepenuhnya. Tetapi dalam kes ini, galaksi-galaksi pelik ini akan menyokong kenyataan bahawa alternatifnya salah dan bahawa perkara gelap mungkin menjadi penyebabnya.
Ilya Khel
