Apa yang dilakukan ilmuwan ketika mencari dan meneliti "materi gelap" yang ada namun tidak bisa dilihat itu? Harus ditegaskan lagi: ilmuwan memang tidak bisa melihatnya, namun bisa menyimpulkan tentang keberadaan "materi gelap" itu secara tidak langsung setelah mengamati "materi normal" yang bisa dilihat dan diamati.
Dengan demikian, bentuk "materi gelap" memang masih berupa kemungkinan. Bisa jadi, bentuknya adalah partikel-partikel subatomik yang beratnya kurang dari 100 ribu kali (100.000) berat satu butir elektron. Tetapi bisa juga bentuknya adalah lubang hitam yang punya massa jutaan kali lebih besar daripada massa matahari kita.
Dua kandidat utama "materi gelap" adalah MACHOs (Massive Astrophysical Compact Halo Objects - Objek Halo Padat Astrofika yang Massif) dan WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles - Partikel Massif yang Berinteraksi dengan Lemah). Walaupun akronim-akronim dalam bahasa Inggris itu agak aneh, tetapi mampu memberikan gambaran yang cukup jelas untuk membedakan antara MACHOS dan WIMPs.
MACHOs adalah objek materi gelap yang besar dan kuat yang ukurannya mulai dari bintang yang sangat kecil hingga lubang hitam yang sangat besar. MACHOs tersusun dari materi "normal/biasa" (ordinary), yang disebut sebagai materi baryonic. WIMPs adalah materi gelap subatomik yang lemah dan diperkirakan tersusun dari materi yang "tidak biasa", yang disebut materi non-baryonic.
Astronom meneliti MACHOs dan fisikawan partikel meneliti WIMPs.
Astronom dan fisikawan partikel berbeda pendapat tentang materi gelap. Walter Stockwell, dari tim peneliti materi gelap di Center for Particle Astrophysics di U.C. Berkeley, menjelaskan perbedaan pendapat tersebut sebagai berikut.
"Sifat materi gelap akan mempunyai efek yang besar terhadap fisika partikel dan astronomi. Perbedaan dimulai dengan pemahaman tentang materi baryonic dan non-baryonic. Karena MACHOs terlalu jauh dan WIMPs terlalu kecil untuk bisa dilihat, astronom dan fisikawan partikel hanya bisa membuat instrumen untuk 'menyimpulkan' (infer) keberadaannya."
MACHOs
MACHOs adalah objek-objek yang tak memancarkan cahaya. Objek-objek ini membentuk halo yang mengelilingi galaksi. MACHOs diperkirakan tersusun terutama dari bintang-bintang kerdil berwarna coklat dan (banyak) lubang hitam. Sebagaimana semua benda antariksa, keberadaannya telah diramalkan oleh teori tetapi bukti empiris belum ada.
Bintang kerdil coklat diramalkan dalam teori-teori tentang pembentukan bintang. Bintang kerdil ini terbuat dari gas hidrogen - sama dengan matahari kita tetapi biasanya berukuran jauh lebih kecil. Bintang seperti matahari kita terbentuk ketika sebuah massa hidrogen tertarik ke dalam dirinya sendiri karena daya gravitasinya sendiri. Tekanan yang besar menyebabkan reaksi nuklir yang selanjutnya menghasilkan cahaya dan energi.
Bintang kerdil tidak sama dengan bintang biasa. Karena massanya yang kecil, bintang kerdil tidak mempunyai cukup daya gravitasi ketika terbentuk. Maka, bintang kerdil bukan bintang yang "sebenarnya", namun lebih merupakan akumulasi atau himpunan gas hidrogen yang dihimpun oleh gravitasi. Oleh karena itu bintang kerdil hanya memancarkan sedikit panas dan cahaya.
Lubang hitam pertama kali dijumpai dalam Teori Umum tentang Relativitas yang diajukan oleh Albert Einstein. Berbeda dengan bintang kerdil, lubang hitam justru memiliki jumlah materi atau massa yang sangat berlimpah. Akibatnya, daya gravitasinya menjadi sangat besar. Semua materi "kolaps" atau terjerumus ke arah dalam lubang hitam tersebut.
Lubang hitam begitu padat sehingga materi apapun yang mendekat kepadanya, bahkan juga cahaya, tidak mampu selamat dari tarikan daya gravitasinya. Bintang-bintang yang berada pada jarak yang aman dari lubang hitam akan beredar mengelilinginya, mirip dengan gerakan planet-planet yang mengorbit matahari. Lubang hitam sama sekali tidak memancarkan cahaya: hitam pekat.
Astronom menghadapi tantangan yang sulit ketika mencari dan meneliti MACHOs. Dari jarak yang teramat jauh, mereka harus mendeteksi benda-benda yang hanya memancarkan sedikit cahaya atau bahkan sama sekali tak memancarkan cahaya. Namun tugas tersebut menjadi lebih ringan setelah dibuatnya teleskop modern dan teknik-teknik khusus untuk mendeteksi MACHOs.
Teleskop Hubble
Setelah Hubble Space Telescope diperbaiki, astronom bisa mendeteksi bintang-bintang kerdil yang terdapat di dalam halo yang mengelilingi galaksi kita sendiri, Bima Sakti atau Milky Way, dan galaksi-galaksi lain yang agak dekat. Namun, citra-citra yang dihasilkan oleh Hubble tidak memperlihatkan bintang kerdil dalam jumlah banyak seperti yang diharapkan. Bintang kerdil hanya menyusun sekitar 6% dari materi yang membentuk halo di sekitar galaksi.
Pelensaan Gravitasional
Pelensaan gravitasional terjadi ketika sebuah bintang kerdil atau lubang hitam melintas di antara sebuah sumber cahaya, seperti bintang atau galaksi, dan seorang pengamat di planet Bumi. Benda tersebut memfokuskan berkas-berkas cahaya hingga menyebabkan sumber cahaya tersebut menjadi lebih terang.
Astronom memotreti langit malam untuk mencari perubahan cahaya yang menjadi lebih terang tersebut, yang dianggap bisa menunjukkan keberadaan MACHO. Tetapi, bukankah MACHO akan merintangi cahaya? Bagaimana materi gelap bisa berlaku seperti sebuah lensa? Jawabannya adalah gravitasi.
Pada tahun 1919, Einstein membuktikan bahwa gravitasi bisa membengkokkan cahaya. Ia memprediksi bahwa sebuah bintang, yang berada di belakang matahari dan biasanya tidak terlihat dari Bumi, akan bisa terlihat selama gerhana matahari total. Einstein benar: gravitasi matahari membengkokkan berkas cahaya bintang tersebut.
Dengan teknik pelensaan ini, astronom tidak hanya mampu mendeteksi MACHOs tetapi juga bisa menghitung massa MACHO. Caranya, mereka menentukan jarak dan durasi terjadinya efek pelensaan ini. Tetapi teknik ini baru digunakan dalam lima tahun terakhir dan kemajuannya belum dipublikasikan secara luas.
Saat ini ada tiga proyek Pelensaan Gravitasional, yaitu MACHO project (AS dan Australia), EROS project (Perancis), dan OGLE project (AS dan Polandia). Data awal dari proyek-proyek tersebut menunjukkan adanya objek-objek yang bisa menimbulkan pelensaan. Onbek-objek tersebut mempunyai massa bervariasi, mulai dari seukuran massa Jupiter hingga sebesar massa matahari.
Bintang yang Mengorbit
Cara lain untuk mendeteksi sebuah lubang hitam adalah dengan mencermati efek gravitasi yang dimilikinya terhadap benda-benda di sekelilingnya. Jika ada bintang-bintang yang mengedari sesuatu, tetapi sesuatu itu tidak bisa dilihat, maka sesuatu itu kemungkinan besar adalah sebuah lubang hitam. Dengan mengamati benda-benda yang mengitari sesuatu itu, astronom bisa menyimpulkan: memang ada sebuah lubang hitam.
Pada bulan Januari 1995, dalam sebuah pertemuan American Astronomical Society, sebuah tim dari AS dan Jepang mengumumkan "bukti yang mengejutkan" tentang keberadaan sebuah lubang hitam raksasa. Tim ini dipimpin oleh Dr. Makoto Miyosi dari Mizusawa Astrogeodynamics Observatory dan Dr. james Moran dari Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Tim tersebut menghitung kecepatan rotasional (lihat bagian lain tulisan ini) dari pergeseran Doppler pada bintang-bintang yang bergerak mengelilingi lubang hitam untuk menentukan massa lubang hitam tersebut. Lubang hitam raksasa itu memiliki massa yang setara dengan 36 juta kali massa matahari kita.
Walaupun temuan di atas dan pelbagai temuan lain sangat mengesankan, tetapi astronom belum mampu menemukan cukup banyak bintang kerdil dan lubang hitam agar bisa menggenapi "massa yang hilang". Maka, sebagian besar ilmuwan berpendapat bahwa materi gelap adalah kombinasi antara MACHOs baryonic dan WIMPs non-baryonic.
Bersambung ke Materi Gelap (3)
MACHOs adalah objek materi gelap yang besar dan kuat yang ukurannya mulai dari bintang yang sangat kecil hingga lubang hitam yang sangat besar. MACHOs tersusun dari materi "normal/biasa" (ordinary), yang disebut sebagai materi baryonic. WIMPs adalah materi gelap subatomik yang lemah dan diperkirakan tersusun dari materi yang "tidak biasa", yang disebut materi non-baryonic.
Astronom meneliti MACHOs dan fisikawan partikel meneliti WIMPs.
Astronom dan fisikawan partikel berbeda pendapat tentang materi gelap. Walter Stockwell, dari tim peneliti materi gelap di Center for Particle Astrophysics di U.C. Berkeley, menjelaskan perbedaan pendapat tersebut sebagai berikut.
"Sifat materi gelap akan mempunyai efek yang besar terhadap fisika partikel dan astronomi. Perbedaan dimulai dengan pemahaman tentang materi baryonic dan non-baryonic. Karena MACHOs terlalu jauh dan WIMPs terlalu kecil untuk bisa dilihat, astronom dan fisikawan partikel hanya bisa membuat instrumen untuk 'menyimpulkan' (infer) keberadaannya."
MACHOs
MACHOs adalah objek-objek yang tak memancarkan cahaya. Objek-objek ini membentuk halo yang mengelilingi galaksi. MACHOs diperkirakan tersusun terutama dari bintang-bintang kerdil berwarna coklat dan (banyak) lubang hitam. Sebagaimana semua benda antariksa, keberadaannya telah diramalkan oleh teori tetapi bukti empiris belum ada.
Bintang kerdil coklat diramalkan dalam teori-teori tentang pembentukan bintang. Bintang kerdil ini terbuat dari gas hidrogen - sama dengan matahari kita tetapi biasanya berukuran jauh lebih kecil. Bintang seperti matahari kita terbentuk ketika sebuah massa hidrogen tertarik ke dalam dirinya sendiri karena daya gravitasinya sendiri. Tekanan yang besar menyebabkan reaksi nuklir yang selanjutnya menghasilkan cahaya dan energi.
Bintang kerdil tidak sama dengan bintang biasa. Karena massanya yang kecil, bintang kerdil tidak mempunyai cukup daya gravitasi ketika terbentuk. Maka, bintang kerdil bukan bintang yang "sebenarnya", namun lebih merupakan akumulasi atau himpunan gas hidrogen yang dihimpun oleh gravitasi. Oleh karena itu bintang kerdil hanya memancarkan sedikit panas dan cahaya.
Lubang hitam pertama kali dijumpai dalam Teori Umum tentang Relativitas yang diajukan oleh Albert Einstein. Berbeda dengan bintang kerdil, lubang hitam justru memiliki jumlah materi atau massa yang sangat berlimpah. Akibatnya, daya gravitasinya menjadi sangat besar. Semua materi "kolaps" atau terjerumus ke arah dalam lubang hitam tersebut.
Lubang hitam begitu padat sehingga materi apapun yang mendekat kepadanya, bahkan juga cahaya, tidak mampu selamat dari tarikan daya gravitasinya. Bintang-bintang yang berada pada jarak yang aman dari lubang hitam akan beredar mengelilinginya, mirip dengan gerakan planet-planet yang mengorbit matahari. Lubang hitam sama sekali tidak memancarkan cahaya: hitam pekat.
Astronom menghadapi tantangan yang sulit ketika mencari dan meneliti MACHOs. Dari jarak yang teramat jauh, mereka harus mendeteksi benda-benda yang hanya memancarkan sedikit cahaya atau bahkan sama sekali tak memancarkan cahaya. Namun tugas tersebut menjadi lebih ringan setelah dibuatnya teleskop modern dan teknik-teknik khusus untuk mendeteksi MACHOs.
Teleskop Hubble
Setelah Hubble Space Telescope diperbaiki, astronom bisa mendeteksi bintang-bintang kerdil yang terdapat di dalam halo yang mengelilingi galaksi kita sendiri, Bima Sakti atau Milky Way, dan galaksi-galaksi lain yang agak dekat. Namun, citra-citra yang dihasilkan oleh Hubble tidak memperlihatkan bintang kerdil dalam jumlah banyak seperti yang diharapkan. Bintang kerdil hanya menyusun sekitar 6% dari materi yang membentuk halo di sekitar galaksi.
Pelensaan Gravitasional
Pelensaan gravitasional terjadi ketika sebuah bintang kerdil atau lubang hitam melintas di antara sebuah sumber cahaya, seperti bintang atau galaksi, dan seorang pengamat di planet Bumi. Benda tersebut memfokuskan berkas-berkas cahaya hingga menyebabkan sumber cahaya tersebut menjadi lebih terang.
Astronom memotreti langit malam untuk mencari perubahan cahaya yang menjadi lebih terang tersebut, yang dianggap bisa menunjukkan keberadaan MACHO. Tetapi, bukankah MACHO akan merintangi cahaya? Bagaimana materi gelap bisa berlaku seperti sebuah lensa? Jawabannya adalah gravitasi.
Pada tahun 1919, Einstein membuktikan bahwa gravitasi bisa membengkokkan cahaya. Ia memprediksi bahwa sebuah bintang, yang berada di belakang matahari dan biasanya tidak terlihat dari Bumi, akan bisa terlihat selama gerhana matahari total. Einstein benar: gravitasi matahari membengkokkan berkas cahaya bintang tersebut.
Dengan teknik pelensaan ini, astronom tidak hanya mampu mendeteksi MACHOs tetapi juga bisa menghitung massa MACHO. Caranya, mereka menentukan jarak dan durasi terjadinya efek pelensaan ini. Tetapi teknik ini baru digunakan dalam lima tahun terakhir dan kemajuannya belum dipublikasikan secara luas.
Saat ini ada tiga proyek Pelensaan Gravitasional, yaitu MACHO project (AS dan Australia), EROS project (Perancis), dan OGLE project (AS dan Polandia). Data awal dari proyek-proyek tersebut menunjukkan adanya objek-objek yang bisa menimbulkan pelensaan. Onbek-objek tersebut mempunyai massa bervariasi, mulai dari seukuran massa Jupiter hingga sebesar massa matahari.
Bintang yang Mengorbit
Cara lain untuk mendeteksi sebuah lubang hitam adalah dengan mencermati efek gravitasi yang dimilikinya terhadap benda-benda di sekelilingnya. Jika ada bintang-bintang yang mengedari sesuatu, tetapi sesuatu itu tidak bisa dilihat, maka sesuatu itu kemungkinan besar adalah sebuah lubang hitam. Dengan mengamati benda-benda yang mengitari sesuatu itu, astronom bisa menyimpulkan: memang ada sebuah lubang hitam.
Pada bulan Januari 1995, dalam sebuah pertemuan American Astronomical Society, sebuah tim dari AS dan Jepang mengumumkan "bukti yang mengejutkan" tentang keberadaan sebuah lubang hitam raksasa. Tim ini dipimpin oleh Dr. Makoto Miyosi dari Mizusawa Astrogeodynamics Observatory dan Dr. james Moran dari Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Tim tersebut menghitung kecepatan rotasional (lihat bagian lain tulisan ini) dari pergeseran Doppler pada bintang-bintang yang bergerak mengelilingi lubang hitam untuk menentukan massa lubang hitam tersebut. Lubang hitam raksasa itu memiliki massa yang setara dengan 36 juta kali massa matahari kita.
Walaupun temuan di atas dan pelbagai temuan lain sangat mengesankan, tetapi astronom belum mampu menemukan cukup banyak bintang kerdil dan lubang hitam agar bisa menggenapi "massa yang hilang". Maka, sebagian besar ilmuwan berpendapat bahwa materi gelap adalah kombinasi antara MACHOs baryonic dan WIMPs non-baryonic.
Bersambung ke Materi Gelap (3)
Sumber ilustrasi: drawernote.com
Tidak ada komentar:
Posting Komentar