Para astronom telah menghabiskan hampir satu abad mencari materi gelap, kerangka tak kasatmata yang diduga menyatukan galaksi. Meskipun terdapat banyak bukti tidak langsung yang menunjukkan keberadaan zat misterius ini, belum ada yang berhasil mendeteksinya secara langsung. Kini, sebuah studi baru mungkin akhirnya menandakan suatu terobosan.
Dengan menggunakan data dari Teleskop Luar Angkasa Sinar Gamma Fermi milik NASA, astronom dan profesor Universitas Tokyo, Tomonori Totani, mengklaim telah mengidentifikasi emisi sinar gamma yang tampaknya berasal dari materi gelap. Temuannya, yang diterbitkan Selasa di Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, menunjukkan radiasi ini dipancarkan oleh tumbukan WIMP (partikel masif yang berinteraksi lemah).
“WIMP, kandidat utama untuk materi gelap, telah lama diprediksi akan saling memusnahkan dan memancarkan sinar gamma, yang memicu banyak upaya pencarian,” kata Totani kepada Gizmodo melalui email. “Kali ini, dengan menggunakan data terkini satelit Fermi yang terkumpul selama 15 tahun dan metode baru yang berfokus pada wilayah halo (tidak termasuk pusat galaksi), saya telah menemukan emisi sinar gamma yang dipercaya berasal dari materi gelap.”
Ini adalah temuan yang menarik, tetapi para ahli yang kami hubungi masih belum yakin, dan memperingatkan bahwa sinyal ini bisa jadi merupakan kebisingan kosmik yang disalahartikan sebagai materi gelap atau sekadar positif palsu yang membuat frustrasi.
Totani sendiri menekankan bahwa masih terlalu dini untuk memastikan bahwa sinar gamma ini berasal dari materi gelap, tetapi karakteristiknya menunjukkan kemungkinan itu. Berdasarkan temuannya, sinyal ini tidak terlihat seperti yang berasal dari sumber astronomi konvensional. “Setidaknya, ini mewakili kandidat radiasi dari materi gelap yang paling menjanjikan hingga saat ini,” ujarnya.
Mencari Jarum dalam Tumpukan Jerami Kosmologis
Para astronom percaya materi gelap ada karena tidak ada materi yang dapat diamati di alam semesta yang diketahui yang dapat menjelaskan efek gravitasi tertentu, seperti rotasi galaksi yang secara tak terduga cepat atau fakta bahwa galaksi-galaksi tersebut disatukan lebih erat daripada yang seharusnya.
Materi gelap adalah jawaban teoretis untuk teka-teki kosmologis ini, tetapi jika ia ada, partikel-partikelnya jelas tidak menyerap, memantulkan, atau memancarkan cahaya. Jika tidak, para astronom pasti telah mendeteksi zat yang melimpah ini sejak lama.
WIMP sebagian besar sesuai dengan deskripsi itu. Para astronom percaya WIMP berinteraksi melalui gravitasi, tetapi interaksinya dengan gaya elektromagnetik dan nuklir terlalu lemah untuk dideteksi. Namun, ketika mereka bertabrakan satu sama lain, secara teoretis mereka seharusnya saling memusnahkan dan memancarkan sinar gamma.
Para peneliti telah memburu emisi sinar gamma ini selama bertahun-tahun, dengan menyasar wilayah Bima Sakti di mana materi gelap tampaknya terkonsentrasi, seperti pusat galaksi. Pencarian ini tidak membuahkan hasil, sehingga Totani memutuskan untuk mencari di tempat lain, khususnya wilayah halo galaksi.
Wilayah melingkar yang luas dan kurang lebih bulat yang mengelilingi cakram galaksi Bima Sakti ini mengandung bintang, gas, dan mungkin juga sejumlah besar materi gelap. Dengan menganalisis pengamatan satelit Fermi terhadap halo, Totani mengidentifikasi emisi sinar gamma berenergi tinggi yang selaras dengan bentuk yang diharapkan dari halo materi gelap.
Rentang intensitas emisi sinar gamma yang diamatinya sesuai dengan yang diharapkan para astronom dari pemusnahan WIMP. Totani juga memperkirakan frekuensi pemusnahan WIMP dari intensitas sinar gamma yang diukur, dan ini juga berada dalam rentang prediksi teoretis. Hal itu meningkatkan kemungkinan bahwa dia mungkin telah mendeteksi sinyal yang dihasilkan oleh WIMP materi gelap.
Kasus Tertutup? Belum Juga
Temuan ini menggembirakan, tetapi Totani dan ahli lainnya memperingatkan bahwa sinar gamma ini bukanlah bukti yang mutlak.
“Masalahnya adalah ada banyak cara untuk menghasilkan sinar gamma, mulai dari pulsar hingga materi yang jatuh ke lubang hitam hingga supernova,” kata seorang fisikawan Fermilab kepada Gizmodo. “Bahkan, kita mendapatkan sinar gamma dari Matahari.”
Pejabat Fermilab meminta Gizmodo untuk tidak menyebutkan nama ilmuwan yang memberikan kutipan ini.
Apa yang membedakan sinar gamma yang dideteksi Totani dari kebanyakan lainnya adalah tingkat energinya, dengan energi foton sebesar 20 gigaelektronvolt. Itu “cukup besar,” tetapi bukan hal yang sama sekali tidak pernah terdengar, jelas fisikawan Fermilab tersebut. “Ada hal-hal yang sangat berenergi tinggi di angkasa, dan hal-hal yang berenergi tinggi itu dapat menghasilkan sinar gamma berenergi tinggi.”
Meskipun emisi gamma yang dideteksi Totani tampaknya sesuai dengan deskripsi yang akan dihasilkan oleh pemusnahan WIMP, menurut fisikawan Fermilab tersebut, ada penjelasan lain yang mungkin harus disingkirkan terlebih dahulu. Ini bisa mencakup fenomena energi tinggi seperti tabrakan bintang neutron atau angin matahari yang berasal dari pulsar, jelas mereka.
Studi tambahan juga perlu memvalidasi observasi dan perhitungan Totani. “Bukti yang menentukan adalah deteksi sinar gamma dari wilayah lain di langit dengan parameter materi gelap yang sama,” kata Totani. “Saya berharap hasil ini akan diverifikasi oleh analisis independen yang dilakukan oleh peneliti lain.”
“Saya senang orang-orang mencoba hal-hal yang berbeda, tetapi ini tidak membuat saya sangat yakin bahwa ini adalah sinyal autentik dari materi gelap.”
Dengan kata lain, Dan Hooper, seorang profesor fisika di University of Wisconsin-Madison dan direktur Wisconsin IceCube Particle Astrophysics Center, menunjukkan bahwa banyak ilmuwan lain telah menganalisis data satelit Fermi yang digunakan Totani, dan tidak ada yang mendeteksi kelebihan emisi sinar gamma seperti yang dia temukan.
“Sekarang, beberapa pilihan berbeda dibuat, dan saya senang orang-orang mencoba hal-hal yang berbeda, tetapi ini tidak membuat saya sangat yakin bahwa ini adalah sinyal autentik dari materi gelap,” kata Hooper kepada Gizmodo.
Pertama, Totani tidak mencari sinar gamma di mana pun dalam jarak 10 derajat dari pusat galaksi. Meskipun pendekatan ini bisa memberikan beberapa keuntungan, menghindari pusat galaksi mungkin telah mempengaruhi temuan, karena wilayah galaksi kita inilah tempat para fisikawan mengharapkan sebagian besar sinyal materi gelap berasal, jelas Hooper.
Dia juga menduga bahwa emisi sinar gamma berenergi tinggi yang dideteksi Totani mungkin sebenarnya adalah artefak dari analisis. Hal ini bisa dihasilkan dari penggunaan model latar belakang yang menyerap terlalu banyak emisi pada energi rendah, menciptakan ilusi kelebihan energi tinggi.
Intinya adalah “Materi gelap sangat sulit ditemukan, sangat sulit untuk dikarakterisasi,” kata fisikawan Fermilab tersebut. “Tidak ada yang harus mempercayainya tanpa beberapa garis bukti yang saling memvalidasi, dan ini hanya satu.”
Jadi, pencarian materi gelap terus berlanjut. Apakah studi masa depan mengonfirmasi atau meruntuhkan temuan Totani masih harus dilihat, tetapi bagaimanapun juga, studi-studi itu akan membantu para peneliti memperbaiki pemahaman kita tentang materi tak kasatmata yang membentuk alam semesta kita.