Secara sederhana, Dark Matter tidak hanya dipercaya dapat membentuk sebagian besar jisim Alam Semesta tetapi juga bertindak sebagai perancah di mana galaksi dibina. Tetapi untuk mencari bukti jisim misteri yang tidak dapat dilihat ini, para saintis terpaksa bergantung pada kaedah tidak langsung yang serupa dengan kaedah yang digunakan untuk mengkaji lubang hitam. Pada dasarnya, mereka mengukur bagaimana kehadiran Dark Matter mempengaruhi bintang dan galaksi di sekitarnya.
Sehingga kini, ahli astronomi berjaya menemui bukti gumpalan benda gelap di sekitar galaksi sederhana dan besar. Menggunakan data dari Teleskop Angkasa Hubble dan teknik pemerhatian baru, pasukan ahli astronomi dari UCLA dan NASA JPL mendapati bahawa bahan gelap dapat membentuk gumpalan yang jauh lebih kecil daripada yang difikirkan sebelumnya. Penemuan ini dibentangkan minggu ini pada pertemuan ke-235 Persatuan Astronomi Amerika (AAS).
Teori yang paling banyak diterima mengenai Dark Matter menyatakan bahawa ia tidak terdiri daripada barang yang sama dengan baryonic (aka. Perkara biasa atau "bercahaya") - iaitu proton, neutron, dan elektron. Sebaliknya, Dark Matter berteori terdiri dari beberapa jenis zarah subatomik yang tidak diketahui yang berinteraksi dengan bahan normal hanya melalui graviti, yang paling lemah dari kekuatan asas - yang lain adalah kekuatan nuklear elektromagnetik, kuat, dan lemah.
Teori lain yang diterima secara meluas menyatakan bahawa Dark Matter bergerak perlahan berbanding jenis zarah lain, dan oleh itu terdedah kepada penggumpalan. Sesuai dengan idea ini, Alam Semesta harus mengandung berbagai konsentrasi materi gelap, mulai dari kecil hingga besar. Namun, sehingga kini, tidak ada kepekatan kecil yang dapat diperhatikan.
Dengan menggunakan data yang diperoleh oleh Hubble's Wide Field Camera 3 (WFC3), pasukan penyelidik berusaha untuk mencari bukti gumpalan kecil ini dengan mengukur cahaya dari inti terang dari lapan galaksi yang jauh (aka. Quasars) untuk melihat bagaimana ia dipengaruhi ketika bergerak melalui ruang. Teknik ini, yang biasanya digunakan oleh para astronom untuk mengkaji galaksi jarak jauh, gugus bintang, dan bahkan eksoplanet, dikenal sebagai lensa graviti.
Asalnya diramalkan oleh Teori Relativiti Umum Einstein, teknik ini bergantung pada daya graviti objek kosmik besar untuk melengkung dan memperbesar cahaya dari objek yang lebih jauh. Daniel Gilman dari UCLA, yang merupakan anggota pasukan pemerhatian, menjelaskan prosesnya dengan cara berikut:
"Bayangkan bahawa masing-masing dari lapan galaksi ini adalah kaca pembesar raksasa. Gumpalan bahan gelap kecil bertindak sebagai retakan kecil pada kaca pembesar, mengubah kecerahan dan kedudukan empat gambar quasar berbanding dengan apa yang anda harapkan untuk melihat apakah kaca itu halus. "
Seperti yang diharapkan, Hubble gambar menunjukkan bahawa cahaya yang datang dari lapan kuarsa ini dikenakan kesan lensa yang konsisten dengan adanya gumpalan kecil di sepanjang garis pandang teleskop dan di dalam dan sekitar galaksi lensa latar depan. Lapan kuasar dan galaksi diselaraskan dengan tepat sehingga kesan melengkung menghasilkan empat gambar yang diputarbelitkan setiap quasar.
Dengan menggunakan program pengkomputeran yang rumit dan teknik pembinaan semula yang intensif, pasukan kemudian membandingkan tahap distorsi dengan ramalan bagaimana quasar akan muncul tanpa pengaruh Dark Matter. Pengukuran ini juga digunakan untuk mengira jisim kepekatan bahan gelap, yang menunjukkan bahawa itu adalah 1 / 10,000 hingga 1 / 100,000 kali jisim halo Dark Matter milik Bima Sakti.
Selain menjadi pertama kalinya kepekatan kecil diperhatikan, hasil pasukan mengesahkan salah satu ramalan asas teori "Cold Dark Matter". Teori ini mendalilkan bahawa kerana Dark Matter bergerak lambat (atau "sejuk"), ia mampu membentuk struktur mulai dari kepekatan kecil hingga yang luar biasa yang beberapa kali jisim Bima Sakti.
Teori ini juga menyatakan bahawa semua galaksi di Alam Semesta terbentuk di dalam awan Dark Matter yang dikenal sebagai "haloes" dan menjadi tertanam di dalamnya. Sebagai pengganti bukti gumpalan skala kecil, beberapa penyelidik telah menyatakan bahawa Dark Matter sebenarnya mungkin "hangat" - iaitu cepat bergerak - dan oleh itu terlalu cepat untuk membentuk kepekatan yang lebih kecil.
Walau bagaimanapun, pemerhatian baru ini menawarkan bukti pasti bahawa teori Cold Dark Matter dan model kosmologi yang disokongnya - model Lambda Cold Dark Matter (? CDM) - betul. Sebagai ahli pasukan Prof Tommaso Treu dari University of California, Los Angeles (UCLA), menjelaskan, ini terbaru Hubble pemerhatian menghasilkan pandangan baru mengenai sifat bahan gelap dan bagaimana ia berkelakuan.
"Kami membuat ujian pengamatan yang sangat menarik untuk model bahan gelap yang sejuk dan lulus dengan warna terbang," katanya. "Sangat luar biasa bahawa setelah hampir 30 tahun beroperasi, Hubble memungkinkan pandangan canggih ke dalam fizik asas dan sifat alam semesta yang bahkan tidak kita impikan ketika teleskop dilancarkan."
Anna Nierenberg, seorang penyelidik di Makmal Propulsion Jet NASA yang mengetuai Hubble tinjauan, dijelaskan lebih lanjut:
Memburu kepekatan bahan gelap tanpa bintang terbukti mencabar. Pasukan penyelidik Hubble, bagaimanapun, menggunakan teknik di mana mereka tidak perlu mencari pengaruh gravitasi bintang sebagai pelacak bahan gelap. Pasukan itu menyasarkan lapan "lampu jalan" kosmik yang kuat dan jauh, yang disebut quasar (kawasan di sekitar lubang hitam aktif yang memancarkan sejumlah besar cahaya). Ahli astronomi mengukur bagaimana cahaya yang dipancarkan oleh oksigen dan gas neon yang mengorbit setiap lubang hitam quasar ini melengkung oleh graviti galaksi latar depan yang besar, yang bertindak sebagai lensa pembesar.
Bilangan struktur kecil yang dikesan dalam kajian ini memberikan lebih banyak petunjuk mengenai sifat zarah-zarah bahan gelap kerana sifatnya akan mempengaruhi sebilangan gumpalan yang terbentuk. Walau bagaimanapun, jenis zarah yang terdiri daripada Dark Matter masih menjadi misteri buat masa ini. Nasib baik, penggunaan teleskop ruang angkasa generasi akan datang dalam masa terdekat diharapkan dapat membantu dalam hal ini.
Ini termasuk Teleskop Angkasa James Webb (JWST) dan Teleskop Penyiasatan Inframerah Lebar Lebar (WFIRST), yang keduanya adalah observatorium inframerah yang dijadualkan naik dekad ini. Dengan optik canggih, spektrometer, bidang pandangan yang luas, dan resolusi tinggi, teleskop ini akan dapat melihat seluruh kawasan ruang yang terkena galaksi besar, kelompok galaksi, dan lingkarannya masing-masing.
Ini semestinya dapat membantu ahli astronomi menentukan sifat sebenar Dark Matter dan bagaimana bentuk zarah penyusunnya. Pada masa yang sama, ahli astronomi merancang untuk menggunakan instrumen yang sama untuk mengetahui lebih lanjut mengenai Dark Energy, satu lagi misteri kosmologi hebat yang hanya dapat dikaji secara tidak langsung buat masa ini. Masa yang menggembirakan akan datang!
