Pada bulan Februari 2016, saintis yang bekerja untuk Observatorium Gelombang Interferometer Laser (LIGO) melakar sejarah ketika mereka mengumumkan pengesanan gelombang graviti yang pertama. Sejak masa itu, banyak pengesanan telah dilakukan dan kerjasama ilmiah antara pemerhati - seperti Advanced LIGO dan Advanced Virgo - memungkinkan tahap kepekaan dan perkongsian data yang belum pernah terjadi sebelumnya.
Peristiwa ini bukan sahaja mengesahkan ramalan abad yang dibuat oleh Teori Relativiti Umum Einstein, tetapi juga membawa kepada revolusi dalam astronomi. Ini juga memunculkan harapan beberapa saintis yang percaya bahawa lubang hitam dapat menyebabkan "jisim yang hilang" di Alam Semesta. Malangnya, kajian baru oleh pasukan ahli fizik UC Berkeley telah menunjukkan bahawa lubang hitam bukanlah sumber Dark Matter yang lama dicari.
Kajian mereka, "Batasan pada Objek Kompak Massa Bintang sebagai Bahan Gelap dari Lensing Graviti dari Jenis Ia Supernova", baru-baru ini muncul di Huruf Kajian Fizikal. Kajian ini diketuai oleh Miguel Zumalacarregu, Felo Global Marie Curie di Berkeley Center for Cosmological Physics (BCCP), dengan sokongan Uros Seljak - seorang profesor kosmologi dan pengarah bersama BCCP.
Secara sederhana, Dark Matter tetap menjadi salah satu misteri yang paling sukar difahami dan menyusahkan yang dihadapi oleh para astronom hari ini. Walaupun fakta bahawa ia merangkumi 84.5% perkara di Alam Semesta, sejauh ini semua percubaan untuk menjumpainya telah gagal. Banyak calon telah diusulkan, mulai dari partikel ultralight (axions) hingga Weactly-Interacting Massive Particles (WIMPS) dan Massive Compact Halo Objects (MACHOs).
Walau bagaimanapun, calon-calon ini bervariasi secara besar-besaran sebanyak 90, yang telah diselesaikan oleh beberapa ahli teori dengan mengemukakan bahawa mungkin terdapat beberapa jenis materi gelap. Namun, ini memerlukan penjelasan yang berbeza untuk asal usulnya, yang hanya akan mempersulit model kosmologi. Seperti yang dijelaskan oleh Miguel Zumalacárregui dalam siaran akhbar UC Berkeley baru-baru ini:
"Saya dapat membayangkan itu adalah dua jenis lubang hitam, yang sangat berat dan sangat ringan, atau lubang hitam dan zarah baru. Tetapi dalam kes itu salah satu komponennya adalah susunan besarnya lebih berat daripada yang lain, dan ia perlu dihasilkan dalam jumlah yang setara. Kita akan beralih dari sesuatu yang astrofizik ke sesuatu yang benar-benar mikroskopik, bahkan mungkin perkara paling ringan di alam semesta, dan itu akan sangat sukar untuk dijelaskan. "
Demi kajian mereka, pasukan ini melakukan analisis statistik 740 supernova yang paling terang yang ditemui (pada tahun 2014) untuk menentukan apakah ada yang diperbesar atau dicerahkan dengan adanya lubang hitam yang mengganggu. Fenomena ini, di mana daya graviti objek besar memperbesar cahaya yang datang dari objek yang lebih jauh dikenal sebagai "lensa graviti".
Pada dasarnya, jika lubang hitam adalah bentuk jirim yang dominan di Alam Semesta, maka supernova yang diperbesar secara graviti akan sering terjadi kerana lubang hitam primordial. Bentuk lubang hitam hipotetis ini dipercayai terbentuk dalam beberapa milisaat pertama setelah Big Bang di beberapa bahagian Alam Semesta di mana jisim tertumpu pada puluhan atau ratusan Massa Suria, menyebabkan lubang hitam terawal terbentuk.
Kehadiran populasi lubang hitam ini, dan juga objek padat yang besar, secara bertahap akan membengkokkan dan memperbesar cahaya dari objek yang jauh dalam perjalanan ke Bumi. Hal ini berlaku terutama bagi supernova Type Ia yang jauh, yang telah digunakan oleh para astronom selama beberapa dekad sebagai sumber kecerahan standard untuk mengukur jarak kosmik dan kadar di mana Alam Semesta berkembang.
Walau bagaimanapun, setelah melakukan analisis statistik kompleks mengenai data mengenai kecerahan dan jarak 740 supernova - 580 di Union dan 740 dalam katalog Joint Light-curve Analysis (JLA) - pasukan menyimpulkan bahawa lapan supernova harus lebih terang oleh beberapa persepuluh peratus daripada apa yang telah diperhatikan secara sejarah. Walau bagaimanapun, tidak ada pencerahan seperti itu yang dikesan, walaupun lubang hitam berjisim rendah dimasukkan ke dalam.
"Anda tidak dapat melihat kesan ini pada satu supernova, tetapi apabila anda menyatukannya dan melakukan analisis Bayesian penuh, anda mula meletakkan kekangan yang sangat kuat pada perkara gelap, kerana setiap supernova sangat penting dan anda mempunyai begitu banyak," kata Zumalacárregui.
Dari analisis mereka, mereka menyimpulkan bahawa lubang hitam dapat membentuk tidak lebih dari sekitar 40% bahan gelap di Alam Semesta. Setelah memasukkan 1.048 supernova yang lebih terang dari katalog Pantheon (dan pada jarak yang lebih jauh), kekangan menjadi lebih ketat. Dengan set data kedua ini, mereka memperoleh had atas yang lebih rendah - 23% - daripada dalam analisis asalnya.
Hasil ini menunjukkan bahawa tidak ada perkara gelap Alam Semesta yang terdiri daripada lubang hitam yang berat, atau benda-benda besar yang serupa seperti MACHO. "Kami kembali ke perbincangan biasa," kata Seljak. "Apa itu benda gelap? Sesungguhnya, kami kehabisan pilihan yang baik. Ini adalah cabaran untuk generasi akan datang. "
Kajian ini berdasarkan kajian terdahulu yang dilakukan oleh Seljak pada akhir tahun 1990an ketika para saintis mempertimbangkan MACHO dan benda-benda besar lain sebagai sumber bahan gelap yang mungkin. Walau bagaimanapun, kajian ini terhad kerana fakta bahawa hanya sebilangan kecil supernova Type Ia yang jauh telah ditemui atau jaraknya diukur pada masa itu.
Di samping itu, pencarian Dark Matter beralih sejurus selepas itu dari objek besar ke zarah asas (seperti WIMP). Akibatnya, rancangan tindak lanjut yang dikaji tidak menjadi kenyataan. Tetapi berkat pengamatan gelombang gravitasi LIGO, kemungkinan hubungan antara lubang hitam dan bahan gelap sekali lagi muncul dan memberi inspirasi kepada Seljak dan Zumalacárregui untuk melakukan analisis mereka.
"Apa yang menarik adalah bahawa banyak lubang hitam dalam acara LIGO berada tepat di mana lubang hitam belum dikecualikan sebagai bahan gelap," kata Seljak. "Itu adalah kebetulan yang menarik yang membuat semua orang teruja. Tetapi itu kebetulan. "
Teori Dark Matter secara resmi diadopsi pada tahun 1970-an, selama "Zaman Keemasan Relativiti", untuk menjelaskan perbezaan antara jisim objek yang nyata di Alam Semesta dan kesan gravitasi mereka yang diperhatikan. Nampaknya setengah abad kemudian, kita masih berusaha untuk mengesan misteri yang tidak dapat dilihat ini. Tetapi dengan setiap kajian, kekangan tambahan diletakkan pada Dark Matter dan kemungkinan calon dihapuskan.
Mengingat masa, kita mungkin membuka misteri kosmologi ini dan selangkah lebih dekat untuk memahami bagaimana Alam Semesta terbentuk dan berkembang.
