Dari mana alam semesta dibuat? Jangan bimbang jika anda tidak mempunyai petunjuk, ahli astronomi juga tidak tahu. James Jee dari Universiti Johns Hopkins menggunakan Teleskop Angkasa Hubble untuk membuat peta terperinci mengenai kepekatan bahan gelap di sekitar dua galaksi. Dan ahli astronomi baru mendapat beberapa petunjuk baru.
Dengarkan temu ramah: Peta Matriks Gelap (5 MB)
Atau melanggan Podcast: Langgan
Fraser Cain: Kami sudah lama mendengar istilah perkara gelap. Bolehkah anda memberi kami pemahaman terkini mengenai perkara gelap?
Dr. James Jee: Sebelum saya bercakap mengenai perkara gelap, saya harus menyebutkan apa yang dipercaya oleh para astronom sekarang bagaimana Alam Semesta menjadi seperti sekarang. Kami percaya bahawa 30% Alam Semesta adalah jirim, dan 70% yang lain adalah tenaga gelap, dan jirim gelap merangkumi lebih dari 90% jirim di Alam Semesta. Tidak ada yang mengesan bahan gelap di makmal, jadi mereka tidak tahu bentuk, warna, atau bau, tetapi ada bukti bahawa ia ada di sana. Kita dapat mengesannya dengan lensa graviti yang disebut.
Fraser: Oleh itu, anda baru-baru ini melakukan tinjauan menggunakan Teleskop Angkasa Hubble untuk memetakan kepekatan bahan gelap. Apakah proses untuk melakukannya?
Dr. Jee: Materi gelap merangkumi, seperti yang saya katakan, 90% jirim di Alam Semesta, dan tempat terbaik untuk mencari bahan gelap adalah tempat yang paling banyak. Oleh itu, kami mengarahkan Teleskop Angkasa Hubble ke dua kelompok galaksi yang paling menarik yang terbentuk ketika Alam Semesta berusia separuh dari usia sekarang.
Fraser: Dan apa yang anda lihat?
Dr. Jee: Kami memeriksa taburan spektrum galaksi latar belakang. Dengan memeriksa penyimpangan galaksi latar belakang tersebut, kami dapat menentukan ketumpatan bahan gelap di latar depan.
Fraser: Biarkan saya melihat sama ada saya memahami perkara ini dengan betul. Anda melihat galaksi yang jauh, dan dengan melihat cara cahaya berubah ketika datang ke arah kami, anda dapat mengesan di mana terdapat gumpalan benda tersembunyi yang mempengaruhinya secara graviti.
Dr. Jee: Tepat sekali. Mungkin ini adalah analogi yang baik. Katakan anda membaca artikel berita menggunakan kaca pembesar, anda dapat menyimpulkan kekuatannya, atau ketebalan lensa dengan memeriksa seberapa besar huruf yang kelihatan lebih besar melalui kaca pembesar. Begitu juga, jika anda melihat distorsi, atau pembesaran galaksi latar belakang, anda dapat menentukan ketumpatan bahan gelap yang sukar difahami di latar depan.
Fraser: Jadi bagaimana hubungan antara bahan gelap dan galaksi yang dapat kita lihat?
Dr. Jee: Ini adalah perkara yang dominan di Alam Semesta dan ia mempunyai graviti. Tanpa bahan gelap, sangat sukar untuk membentuk galaksi dengan struktur skala besar yang kita lihat di Alam Semesta hari ini. Jadi yang pasti, bahan gelap membantu pembentukan galaksi dalam struktur skala besar.
Fraser: Mungkinkah, di mana sahaja perkara gelap menggumpal, di situlah kita cenderung melihat galaksi?
Dr. Jee: Ya, pada dasarnya itulah yang kami dapati dalam penyelidikan kami. Orang telah membuat spekulasi bahawa zat gelap adalah zarah yang tidak bertabrakan dan jirim gelap dan jirim yang normal harus wujud bersama. Tetapi tidak ada yang dapat menentukan ini dengan sangat jelas kerana bahan gelap tidak memancarkan gelombang elektromagnetik. Apa yang kami dapati menggunakan Hubble adalah bahawa galaksi bercahaya terbentuk di kawasan paling padat dari halo perkara gelap.
Fraser: Sekiranya kita tahu bahawa penggumpalan seperti ini berlaku - keduanya kelihatan beriringan - adakah ini membolehkan anda membuang teori yang ada mengenai perkara gelap ini?
Dr. Jee: Ya, ini memberi banyak petunjuk. Sebilangan besar orang percaya bahawa bahan gelap tidak bertabrakan, tetapi ada yang menyatakan bahawa mereka mungkin mempunyai beberapa sifat perlanggaran seperti gas hidrogen. Cara bahan gelap menyatukan memberi kita petunjuk tentang apakah perkara gelap itu. Andaikan jirim gelap mempunyai sifat perlanggaran, seperti atom hidrogen, maka ia bertabrakan antara satu sama lain dengan kerap, dan kita akan melihat taburan lingkaran cahaya yang sangat halus. Tetapi kita dapati bahawa struktur ini sangat berantakan, seperti jisim galaksi itu sendiri. Itu menunjukkan bahawa zarah zat gelap, jika ada, akan menjadi zarah tanpa perlanggaran seperti yang dikatakan oleh kebanyakan teori dalam astronomi masa kini.
Fraser: Oh, begitu, zarah-zarah sebenar yang boleh menyebabkan masalah gelap ini sama ada kecil, atau berinteraksi lemah sehingga mereka tidak bersama-sama. Sekiranya mereka bersama-sama, anda akan melihat sebaran penyebaran yang lebih sekata. Oleh itu, berdasarkan penemuan yang anda perolehi, apakah tahap seterusnya dalam penyelidikan anda?
Dr. Jee: Program Advanced Camera for Surveys merangkumi lebih daripada 15 kelompok galaksi yang sangat menarik. Ini hanya dua hasil pertama. Kami percaya bahawa jika kami menyelesaikan 15 kelompok galaksi kami untuk tinjauan, kami akan mendapat gambaran yang lebih jelas tentang bagaimana jirim gelap dan jirim normal berinteraksi, mungkin secara graviti bersama. Dan kita mungkin mempunyai idea yang lebih jelas tentang bagaimana bahan gelap menyumbang kepada pembentukan struktur Alam Semesta berskala besar.
Fraser: Dan berdasarkan kajian yang telah anda lakukan sejauh ini, adakah anda mempunyai teori haiwan kesayangan tentang apa yang menjadi masalah gelap?
Dr. Jee: Baiklah, jika anda pergi ke laman web Astro-ph, itulah laman web yang memuat naik pelbagai makalah penyelidikan mereka, dan terdapat 10 atau 15 makalah sehari. Dan terdapat banyak spekulasi mengenai perkara ini yang sangat menarik dan masuk akal. Tetapi saya rasa sifat bahan gelap dapat dijawab dalam 10 atau 15 tahun dari sekarang, tetapi kita masih mencari. Penyelidikan kami memberikan penyelesaian masalah gelap yang belum pernah terjadi sebelumnya yang dapat membezakan antara zarah pelanggaran dan zarah tanpa pelanggaran.
Fraser: Dan adakah instrumen lain selain Hubble dapat melakukan kerja ini?
Dr. Jee: Kita boleh melakukan lensa graviti dengan menggunakan teleskop darat. Sebenarnya pada tahun 1990 orang mula-mula mengesan bahan gelap dengan menggunakan lensa graviti. Tetapi apabila anda melakukan lensa graviti menggunakan teleskop tanah, resolusinya sangat buruk. Dengan kata lain, pergolakan atmosfera akan memudaratkan lensa graviti sehingga kita tidak dapat melihat imej bahan gelap yang sangat berkualiti tinggi. Tetapi jika kita menggunakan teleskop di ruang angkasa, maka tidak mengaburkan bentuk gambar latar sehingga anda menyimpan isyarat lensa graviti. Kita dapat menghasilkan gambar resolusi tinggi pengedaran bahan gelap.
Fraser: Dan alat yang lebih besar akan memberi anda gambaran yang lebih baik.
Dr. Jee: Pasti. Teleskop seterusnya adalah JWST (James Webb Space Telescope) secara berkesan akan meningkatkan resolusi kepentingan bahan gelap dengan faktor 10 atau lebih.
Fraser. Adakah anda fikir anda akan melihat sesuatu yang berbeza dengan resolusi 10x?
Dr. Jee: Bentuk global penyebaran bahan gelap tidak akan banyak berubah, tetapi dalam hal ini kita mungkin dapat membandingkan struktur bahan gelap berkenaan dengan galaksi. Dalam kes tersebut, kita mungkin dapat menjawab sama ada zarah-zarah bahan gelap mempunyai beberapa sifat pelanggaran. Pada mulanya, saya mengatakan bahawa apa yang saya dapati sesuai dengan hipotesis tanpa perlanggaran. Tetapi ada beberapa cadangan bahawa zarah-zarah bahan gelap mungkin mempunyai beberapa sifat pelanggaran yang sangat kecil. Oleh itu, kita dapat menentukan pengimbangan antara jirim gelap dan jirim galaksi. Itu memberi anda banyak kemungkinan kekangan pada keratan rentas pelanggaran antara zarah bahan normal dan gelap.
Penyelidikan ini dilaporkan di Space Magazine pada 13 Disember 2005.
