Seperti yang pernah diungkapkan fisikawan Cumrun Vafa kepada saya, teka-teki dalam sains sering hadir berpasangan, masing-masing berperan sebagai solusi bagi yang lain. Intinya, kita tak pernah tahu konsep fisika mana yang akhirnya berguna untuk menjelaskan fenomena tak terduga—terutama karena masih sangat banyak hal tentang alam semesta yang belum kita pahami.
Para astrofisikawan dari University of British Columbia di Kanada meyakini hal itu mungkin berlaku untuk aksion—partikel hipotetis dan kandidat utama materi gelap—dalam kaitannya dengan katai putih. Untuk jelasnya, pra-cetak arXiv tersebut, yang belum melalui tinjauan sejawat, *tidak* menemukan bukti keberadaan aksion. Namun, analisisnya menyajikan penjelasan yang menarik tentang kematian katai putih melalui lensa fisika aksion, membuka peluang penelitian yang menarik di masa depan.
Sedikit Latar Belakang
Awalnya, aksion dimaksudkan sebagai solusi untuk masalah ketidakseimbangan antara materi dan antimateri dalam ranah kuantum. Itu terjadi pada 1977, dan gagasan itu perlahan meredup seiring kegagalan upaya deteksi menemukan partikel teoretis tersebut, yang dihipotesiskan sangat lemah interaksinya dengan materi lain serta memiliki massa rendah.
Sekarang, bayangkan materi gelap. Fisikawan percaya sekitar 85% alam semesta terdiri atas materi gelap, dan terdapat banyak bukti yang menunjukkan keberadaannya. Sesuai namanya, materi gelap itu “gelap” karena jarang berinteraksi dengan apa pun yang dapat kita lihat dan diduga ringan—mirip dengan aksion, jika mereka ada. Mengingat kemiripannya, fisikawan sejak lama menganggap aksion sebagai kandidat yang baik untuk materi gelap. Meski demikian, ilmuwan belum benar-benar menemukan tanda nyata aksion—atau, untuk itu juga, kandidat materi gelap apa pun.
Lalu ada katai putih—inti bintang yang padat, dingin, dan umumnya tidak aktif yang tersisa dari kematian sebuah bintang. Secara teknis, pada titik tertentu, bintang setengah mati ini begitu padat sehingga seharusnya mereka runtuh akibat tekanan gravitasi yang berlebih.
Tapi itu tidak terjadi, berkat sesuatu yang disebut tekanan degenerasi elektron. Secara sederhana, elektron dalam ranah kuantum tidak dapat menempati keadaan energi yang sama. Jadi, elektron yang berputar-putar di dalam bintang bergerak semakin cepat, akhirnya menghasilkan tekanan yang cukup untuk mencegah katai putih hancur.
Kebangkitan Bintang
Menurut studi tersebut, gerakan elektron yang aneh inilah yang membuat katai putih populer di kalangan fisikawan yang mencari aksion atau partikel mirip aksion. Khususnya, beberapa model teoretis mengusulkan bahwa aksion dapat terbentuk dari elektron yang bergerak cepat.
Selain itu, pengamatan astrofisika mengungkapkan bahwa kadang-kadang, katai putih mendingin jauh lebih cepat dari perkiraan. Jika bintang setengah mati ini aktif memproduksi aksion, kehilangan energi itu akan lebih masuk akal, jelas para peneliti dalam makalahnya, karena aksion yang lolos dari bintang akan menyedot energi yang tersisa di dalamnya.
Untuk menguji hipotesis mereka, para peneliti mengambil data arsip dari Teleskop Luar Angkasa Hubble dan menjalankan berbagai simulasi tentang bagaimana dan apakah kehadiran aksion memengaruhi aktivitas katai putih. Eksperimen ini membantu mereka menyusun beberapa prediksi mengenai suhu dan usia katai putih, dengan dan tanpa pendinginan tambahan dari aksion.
Setelah eksperimen selesai, mereka membandingkan kalkulasi mereka dengan data aktual dari 47 Tucanae, sebuah gugus bola yang dipenuhi katai putih. Namun, kekecewaan mereka, model tersebut gagal mengungkap bukti pendinginan oleh aksion.
Baiklah, Tapi Coba Dengarkan
Meski terdengar mustahil, para peneliti menyimpulkan bahwa upaya ini tetap menemukan batas baru pada kemampuan elektron untuk memproduksi aksion: sekitar satu dalam setiap triliun peluang. Baik atau buruk, saat mencari sesuatu yang sulit dipahami seperti materi gelap, mempelajari apa yang *tidak* berhasil seringkali mendekatkan ilmuwan pada apa yang berhasil.
“Hasil ini tidak sepenuhnya menyingkirkan aksion, tapi ini menunjukkan bahwa interaksi langsung antara elektron dan aksion tidak mungkin,” tulis Paul Sutter, seorang astrofisikawan di Johns Hopkins yang tidak terlibat dalam studi, dalam sebuah komentar untuk Space.com. “Jadi, jika kita ingin terus mencari aksion, kita harus menemukan cara yang bahkan lebih cerdik untuk mencarinya.”