Dengan menggabungkan pengamatan yang dilakukan oleh teleskop angkasa Hubble dan salah satu aspek dari teori relativitas umum, para ilmuwan berhasil mengungkap bongkahan terkecil dari materi gelap. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa ukurannya lebih kecil hingga 100.000 kali dari materi gelap halo yang ada di galaksi Bima Sakti.
Penemuan materi gelap yang secara relatif berukuran sangat kecil ini sejalan dengan teori materi gelap yang berlaku selama ini. Materi ini disebut oleh para astronom sebagai “materi gelap dingin”
“Kami berhasil melakukan pengujian observasi untuk model materi gelap dingin dan hasil pengujian ini sangat baik,” kata astrofisikawan Tommasu Treu dari University of California, Los Angeles.
Materi gelap ibarat sebuah perekat gravitasi yang menyatukan galaksi dan gugusan galaksi. Para astronom dapat mendeteksi keberadaannya secara tidak langsung dengan mengukur bagaimana gravitasinya mempengaruhi bintang dan galaksi.
Materi normal yang kasat mata adalah materi “baryonic” yang terdiri dari elektron, proton, dan neutron. Namun, materi gelap mungkin semacam partikel subatom yang tidak diketahui yang berinteraksi lemah dengan materi normal.
Ketika diamati secara seksama, alam semesta berjalan tidak selalu mengikuti aturan hukum-hukum fisika yang ada. Bintang-bintang pada bagian tepi dari galaksi, sebagai contoh, bergerak lebih cepat dari yang seharusnya. Sepertinya pergerakannya dipengaruhi oleh sekelompok massa yang tak kasat mata.
Kita menyebut bentuk massa ini sebagai “materi gelap”, dan ada beberapa hipotesis tentang bagaimana materi ini bekerja. Di antara materi-materi tersebut terdapat materi gelap panas, di mana “panas” diartikan dengan partikel-partikelnya bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya. Dan materi gelap dingin, di mana “dingin” berarti partikel-partikel bergerak lebih lambat dari kecepatan relativitas.
Kebanyakan bukti dari hasil pengamatan dan dari model komputer merupakan materi gelap dingin. Walaupun demikian materi gelap masih saja menjadi misteri bagi kita. Dan dari hasil sebuah pengujian kita mendapatkan petunjuk apakah bongkahan materi gelap ini bisa ditemukan di semesta.
Materi gelap panas, seperti kita ketahui, bergerak dengan sangat cepat sehingga sulit untuk bisa membentuk satu bongkah terkecil sekalipun. Jika memang ada materi gelap yang bergerak sangat lambat, seperti pada teori materi gelap dingin, bongkahan kecil tersebut pasti bisa ditemukan.
Tetapi untuk bisa menemukannya sangatlah sulit. Selain itu materi ini juga tidak bisa diamati secara langsung. Dan para astronom bisa menduga keberadaan materi ini berdasarkan pengaruh energi gravitasi dari materi yang terlihat di sekitarnya. Bisa dilihat pada bintang-bintang pada tepi galaksi yang bergerak lebih cepat dari yang seharusnya.
Energi gravitasi juga bisa memengaruhi cahaya. Jika terdapat sesuatu yang sangat masif seperti sebuah gugusan galaksi, di antara kita dan sumber cahaya, maka energi gravitasi dari gugusan galaksi itu bisa membelokkan ruang waktu. Membelokkan jalan cahaya dan memperbesar penampakan dari sumber cahaya.
(Credit : NASA, ESA, and D. Player/STScI)
Proses ini dikenal dengan apa yang disebut sebagai ‘lensa gravitasi’, sebuah efek yang telah diprediksi oleh teori relativitas umum. Dalam sebuah fenomena langka, sebuah objek terdistorsi sehingga membentuk empat buah gambar di sekitar objek lensa ketika diamati oleh teleskop angkasa. Peristiwa ini dikenal dengan Einstein cross.
Secara teori, energi gravitasi memengaruhi bongkahan-bongkahan kecil materi gelap. Kondisi ini bisa teramati dengan ditemukannya perbedaan pada setiap gambar yang menjadi latar belakang sumber cahaya yang dibelokkan oleh efek gravitasi lensa.
Oleh karena itu, tim peneliti menggunakan teleskop angkasa Hubble untuk mempelajari delapan buah quasar (inti galaksi yang bercahaya terang seperti bintang) yang terkena efek Einstein Cross dan efek gravitasi lensa oleh galaksi-galaksi di depannya.
“Bayangkan jika setiap galaksi dari delapan buah galaksi ini adalah sebuah kaca pembesar raksasa,” kata astrofisikawan Daniel Gilman dari UCLA.
“Bongkahan-bongkahan kecil materi berlaku seperti retakan kecil pada kaca pembesar raksasa ini. Retakan ini akan merubah intensitas cahaya dan posisi dari setiap gambar dari keempat gambar yang terlihat. Kemudian akan dibandingkan dengan apa yang seharusnya terlihat jika tidak terdapat ‘retakan’ pada kaca pembesar.
Kemudian diperhitungkan bagaimana cahaya dari quasar-quasar tersebut membelokkan cahaya. Mereka mengamati penampakan intensitas cahaya dan posisi dari setiap objek dari keempat objek yang terlihat. Dan mereka membandingkannya dengan prediksi bagaimana peristiwa Einstein Cross seharusnya terlihat tanpa adanya energi gelap.
Dari perbandingan ini bisa diperhitungkan massa dari bongkahan-bongkahan materi gelap yang merubah gambaran dari objek tersebut. Bongkahan-bongkahan ini berukuran antara 10.000 dan 100.000 kali lebih kecil dari massa materi gelap yang ada di dalam dan disekitar galaksi Bima Sakti.
Penemuan in tidak membantah keberadaan dari materi gelap ‘panas’. Dan juga tidak disebutkan adanya kemungkinan komplikasi dari pencampuran kedua jenis materi gelap ini. Tetapi hasil perhitungan ini bisa menambah bukti solid akan keberadaan materi gelap dingin.
“Para astronom telah melakukan pengujian terhadap teori materi gelap ini sebelumnya, tetapi yang kami lakukan sekarang ini adalah bukti paling kuat dari keberadaan materi gelap dingin.” Kata astronom dan fisikawan Anna Nierenberg dari laboratorium tenaga penggerak jet NASA.
“Dengan menggabungkan prediksi teori sebelumnya, perangkat statistik, dan hasil pengamatan Hubble terbaru, kita sekarang mempunyai hasil yang jauh lebih baik dari sebelumnya.”
Namun, jenis partikel yang membentuk materi gelap masih menjadi misteri. “Saat ini, tidak ada bukti langsung di laboratorium bahwa partikel materi gelap ada,” kata Simon Birrer dari UCLA.
Para astronom akan dapat melakukan studi tindak lanjut materi gelap dengan menggunakan teleskop ruang angkasa NASA masa depan seperti James Webb Space Telescope dan Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST). Keduanya merupakan observatorium inframerah. Webb akan mampu memperoleh pengukurannya secara efisien untuk semua quasar berlensa empat yang diketahui. Ketajaman dan bidang pandang WFIRST yang besar akan membantu para astronom melakukan pengamatan seluruh wilayah ruang yang dipengaruhi oleh medan gravitasi yang sangat besar dari galaksi-galaksi besar dan gugusan galaksi. Ini akan membantu para peneliti mengungkap lebih banyak dari sistem langka ini.
Hasil riset ini telah dipresentasikan dalam pertemuan American Astronomical Society ke 235, dan dipublikasikan di Monthly Notices of Royal Astronomical Society.
