Sebuah tim peneliti dari Universidad de Zaragoza, King’s College London dan Institute of Astronomy di Inggris telah menemukan bahwa “badai materi gelap” yang melewati tata surya kita menawarkan kesempatan yang lebih baik untuk mendeteksi axion [sebuah partikel hipotesis].
Dalam makalah yang telah mereka terbitkan di jurnal Physical Review D, kelompok ini menjelaskan temuan mereka dan mengapa mereka mempercayai pengamatan mereka dapat menawarkan bantuan dalam memahami materi gelap.
Jika perhitungan para astronom benar, maka Tata Surya berada tepat di tengah-tengah peristiwa antariksa yang sedang bergejolak: sebuah ‘badai’ materi gelap, berhembus dengan kecepatan 500 kilometer per detik.
Kita tidak bisa melihat dan merasakan materi gelap. Namun peristiwa ini bisa berarti bahwa pendeteksian secara langsung terhadap materi gelap lebih dekat dari yang kita duga.
Materi gelap adalah salah satu teka-teki besar dari alam semesta. Kita tidak pernah secara langsung dapat mendeteksinya, dan tidak tahu persis seperti apa – tetapi kita tahu bahwa itu ada di luar sana. Kita dapat menyimpulkannya berdasarkan gerakan berbagai bintang dan galaksi yang dianggap ‘menyimpang’ karena terlalu cepat untuk jumlah massa yang dapat diamati berdasarkan perhitungan yang telah dilakukan.
Jadi, ada hal lain di luar sana, beberapa massa lain yang telah menciptakan gravitasi untuk memengaruhi pergerakan kosmik. Kita bahkan bisa menghitung massa tak terlihat tersebut berdasarkan gerakan-gerakannya. “Materi gelap” adalah nama yang kita berikan pada massa tersebut, dan para ilmuwan sedang mengupayakan cara untuk mendeteksinya secara langsung.
Tapi kita belum sampai di sana. Jadi bagaimana fisikawan tahu kita sedang berada di tengah badai materi gelap yang luar biasa?
Petunjuknya, terletak pada gerakan bintang-bintang.
Dengan data yang telah dirilis oleh satelit Gaia tahun lalu, para astronom menemukan sebuah aliran bintang, serpihan-serpihan yang ditinggalkan oleh sebuah galaksi kerdil yang telah dilahap oleh Bima Sakti beberapa tahun yang lalu.
Ada beberapa aliran bintang yang terdeteksi di Bima Sakti, tetapi S1, seperti yang sekarang dikenal, tidak biasa dalam lingkungan Tata Surya yang terlempar tepat di jalurnya dengan 30.000 buah bintang.
Tak satu pun dari materi gelap akan mengenai bahkan mencelakai kita, tetapi itu menandakan bahwa materi gelap yang terkait dengan serpihan-serpihan galaksi kerdil ini bergerak bersama dengan aliran.
Fisikawan teoritis Ciaran O’Hare dari Universitas Zaragoza di Spanyol telah memimpin tim peneliti dalam menemukan efek S1 pada materi gelap di sudut kecil galaksi kita.
Mereka melihat model yang berbeda untuk kepadatan dan distribusi materi gelap yang mengalir di atas aliran S1, dan kemudian meramalkan ciri khas materi gelap untuk model-model ini yang dapat dideteksi oleh detektor di Bumi.
Salah satu ciri khas potensial ini dihasilkan oleh partikel-partikel masif yang berinteraksi secara hipotetis lemah, yang dikenal sebagai WIMPs. Jika partikel-partikel ini ada, kita harus dapat mendeteksi mereka melalui tumbukan mereka dengan elektron atau inti atom, yang akan menyebabkan partikel bermuatan di Bumi untuk mundur, menghasilkan cahaya yang dapat ditangkap oleh cairan xenon atau detektor kristal.
Berdasarkan perhitungan mereka, tim menentukan bahwa detektor WIMP ini tidak mungkin untuk melihat pengaruh apa pun dari S1.
Detektor axion – seperti Axion Dark Matter Experiment – memiliki peluang yang lebih baik. Axion, sekali lagi hanyalah sebuah hipotetis pada titik ini. Jika mereka ada, mereka sangat ringan, sekitar 500 juta kali lebih ringan daripada elektron, dan mungkin mereka adalah komponen utama dari materi gelap dingin.
Menurut perhitungan oleh fisikawan teoritis Pierre Sikivie , partikel-partikel sangat ringan ini – yang tidak dapat kita lihat – dapat dikonversi menjadi foton yang dapat kita lihat, di hadapan pengaruh medan magnet yang kuat.
“Axion haloscope memiliki sensitivitas potensial terbesar terhadap aliran S1 jika komponen materi gelapnya cukup dingin,” para peneliti menulis dalam makalah mereka. “Setelah massa axion telah ditemukan, distribusi kecepatan khas dari S1 dapat dengan mudah diekstraksi dari spektrum kekuatan axion.”
The Axion Dark Matter Experiment, sejauh yang diketahui, juga tidak melakukan pendeteksiannya terhadap S1. Tetapi mengetahui apa yang harus dicari agar dapat membantu para ilmuwan meningkatkan peluangnya.
