Materi Gelap 'Kabur' mungkin Membuat Bintang Terbentuk di 'Pancake' Raksasa
Para astronom memiliki banyak bukti yang menunjukkan bahwa sebagian besar dari semua materi di alam semesta adalah materi gelap , yang berarti ia tidak berinteraksi dengan cahaya atau materi normal. Misalnya, bintang-bintang berputar di sekitar pusat galaksi mereka terlalu cepat karena gravitasi dari semua materi yang bisa kita lihat. Hal yang sama terjadi ketika kita mengamati pergerakan galaksi di dalam gugus. Dan jaring kosmik, susunan struktur besar galaksi di seluruh alam semesta, muncul dan berkembang terlalu cepat mengingat jumlah gravitasi yang disediakan oleh semua objek yang terlihat sangat kecil.
Jadi sebagian besar alam semesta kita tidak terlihat, tetapi kita belum tahu terbuat dari apa bagian gelap itu. Satu saran populer dikenal sebagai materi gelap dingin, yang berarti bahwa materi gelap terbuat dari semacam partikel eksotis yang umumnya bergerak jauh lebih lambat daripada kecepatan cahaya . Meskipun model ini sangat sukses — model ini dapat menjelaskan semua pengamatan aneh terhadap galaksi dan struktur — model ini memiliki beberapa kekurangan.
Pertama, model materi gelap dingin berjuang pada skala yang lebih kecil dari galaksi. Misalnya, model memprediksi jauh lebih banyak materi di pusat galaksi daripada yang kita amati dan memprediksi jauh lebih banyak galaksi satelit kecil daripada yang bisa kita deteksi.
Satu ide untuk menyiasatinya adalah membuat materi gelap dingin sedikit "kabur". Jika materi gelap terbuat dari partikel yang sangat kecil — katakanlah, 10^22 kali lebih kecil dari elektron — maka materi gelap itu akan cukup terang sehingga sifat seperti gelombang mekanika kuantumnya akan muncul dalam skala besar. Jadi, alih-alih partikel ini ada sebagai objek seperti titik, mereka akan kabur, dan identitasnya akan tersebar di wilayah seluas 1.000 tahun cahaya.
Sebuah resep baru
Dengan membuat materi gelap menjadi kabur, sifat gelombang partikel ini secara efektif menghilangkannya dari jarak yang jauh, yang memecahkan banyak masalah penumpukan yang dihadapi oleh materi gelap dingin. Dengan kata lain, model ini mencegah materi gelap membangun struktur yang lebih kecil dari 1.000 tahun cahaya.
Karena model ini telah dirancang untuk menjelaskan pengamatan yang ada, untuk melakukan tugas sains, kita harus keluar dan menemukan cara baru untuk menguji gagasan tersebut. Itulah motivasi di balik makalah baru yang diajukan untuk dipublikasikan ke The Astrophysical Journal Letters dan tersedia sebagai pracetak melalui arXiv .
Dalam makalah tersebut, para astronom mengembangkan simulasi komputer tentang alam semesta awal dan kemunculan bintang-bintang pertama. Mereka membiarkan materi gelap menjadi "kabur" dan mengamati bagaimana hal itu mengubah evolusi materi normal dan perkembangan bintang.
Bintang dan galaksi membutuhkan materi gelap untuk terbentuk. Karena alam semesta terus berkembang, Anda membutuhkan banyak gravitasi untuk menarik gumpalan gas bersama-sama untuk mendapatkan kepadatan yang cukup tinggi untuk memicu fusi dan awal pembentukan bintang. Dan tidak ada cukup materi normal di alam semesta untuk mewujudkannya. Tapi gumpalan materi gelap di alam semesta awal berfungsi sebagai inkubator gravitasi, menarik cukup materi normal untuk membentuk bintang dan galaksi.
Jadi, jika Anda mengubah sifat materi gelap, seperti membuatnya kabur, Anda mengubah cara bintang dan galaksi berevolusi.
Benjolan di adonan
Dalam simulasi mereka, para peneliti menemukan bahwa ketika materi gelap menjadi kabur, itu mengubah narasi tentang bagaimana bintang terbentuk. Dalam materi gelap dingin biasa, bintang pertama bersinar terkubur jauh di dalam kantong individu kecil yang tersebar di seluruh kosmos. Tetapi dengan materi gelap kabur, lembaran dua dimensi raksasa yang menyerupai pancake pertama kali terbentuk.
Pancake kemudian dengan cepat terfragmentasi menjadi kantong individu yang akhirnya berkembang menjadi bintang. Jadi, apa pun yang terjadi, Anda mengisi alam semesta dengan kumpulan bintang, seperti dalam skenario materi gelap dingin normal. Tetapi para peneliti menemukan perbedaan utama yang dapat diamati.
Karena pancake dua dimensi memiliki begitu banyak massa dan mereka runtuh begitu cepat, bintang generasi pertama jauh lebih besar daripada yang diprediksi oleh skenario materi gelap dingin. Bintang-bintang pertama dalam model materi gelap kabur ini dapat mencapai hingga satu juta kali massa matahari , di mana materi gelap dingin dapat menghasilkan, paling banter, bintang beberapa ratus kali lebih besar dari matahari .
Karena ukurannya yang sangat besar, bintang-bintang tidak akan hidup lama. Dan dalam sekejap, bintang generasi pertama akan menghilang dalam badai ledakan supernova yang dahsyat. Dari sana, dengan panekuk yang hilang, pembentukan bintang normal akan dimulai dan alam semesta akan mulai terlihat lebih seperti milik kita.
Meskipun Teleskop Luar Angkasa James Webb tidak akan dapat secara langsung mengamati bintang-bintang pertama yang muncul di alam semesta, ia mampu menggambarkan beberapa galaksi pertama, yang mungkin berisi beberapa sisa-sisa generasi bintang primordial. Para peneliti memperkirakan bahwa jika Webb tidak melihat bintang generasi pertama sama sekali, itu mungkin menjadi bukti skenario tim, karena dalam model mereka, semua bintang generasi pertama mati dengan cepat.
Atau, Webb mungkin dapat mendeteksi sisa-sisa radiasi dari putaran supernova yang intens.
Namun, ketika berbicara tentang materi gelap, tidak mungkin untuk mengatakan apa yang mungkin dimasak oleh alam semesta.
