Teleskop Hubble NASA Menemukan Galaksi Hantu yang Hampir Tidak Terlihat yang Terbuat dari 99 Persen Materi Gelap

Galaksi yang Hampir Tidak Ada

Di keluasan yang luas gugus galaksi Perseus, sekitar 300 juta tahun cahaya dari Bumi, para astronom telah mengidentifikasi salah satu objek paling aneh di alam semesta yang dikenal. Dinamai CDG-2, galaksi ini sangat redup hingga hampir tidak terlihat, menarik julukan ekspresif galaksi hantu. Apa yang membuat CDG-2 luar biasa bukan apa yang dikandungnya tetapi apa yang kekurangannya: materi terlihat. Sekitar 99 persen dari total massa galaksi terdiri dari materi gelap, zat misterius yang berinteraksi dengan gravitasi tetapi tidak memancarkan cahaya apa pun.

Penemuan yang dilakukan menggunakan Teleskop Luar Angkasa Hubble mewakili kemajuan signifikan dalam kemampuan astronom untuk mendeteksi objek paling sulit ditangkap di alam semesta. CDG-2 diklasifikasikan sebagai galaksi dengan kecerahan permukaan rendah, kategori objek yang sangat redup sehingga mereka menghasilkan jumlah cahaya yang hampir tidak terdeteksi di seluruh permukaan mereka. Banyak galaksi semacam itu mungkin ada di seluruh kosmos tetapi tetap tersembunyi semata-mata karena instrumen dan metode deteksi kami tidak cukup sensitif untuk menemukannya.

Metode Deteksi yang Inovatif

Menemukan galaksi yang menghasilkan hampir tidak ada cahaya memerlukan pemikiran kreatif. Tim peneliti tidak menemukan CDG-2 dengan mencari cahaya bintang yang tersebar yang menjadi ciri khas sebagian besar penemuan galaksi. Sebaliknya, mereka menggunakan pendekatan inovatif: mencari pengelompokan ketat gugus bola bintang.

Gugus bola bintang adalah kumpulan bintang yang padat dan berbentuk bola, yang biasanya mengandung ratusan ribu hingga jutaan bintang yang dikemas ke dalam volume yang relatif kompak. Kumpulan bintang kuno ini termasuk di antara struktur tertua di alam semesta dan biasanya ditemukan mengorbit galaksi. Wawasan kunci adalah bahwa gugus bola bintang, meskipun redupnya galaksi inang, masih akan dapat dideteksi secara individual oleh optik tajam Hubble.

Ketika para peneliti mengidentifikasi pengelompokan mencurigakan dari empat gugus bola bintang yang tampak terkait secara spasial, mereka menyelidiki lebih lanjut dan menemukan galaksi yang sangat redup di bawahnya. Empat gugus bola bintang menyumbang 16 persen yang mencolok dari semua cahaya terlihat yang dipancarkan oleh seluruh sistem CDG-2, menyoroti betapa sedikit materi bersinar biasa yang dikandung galaksi.

Dominasi Materi Gelap

Meskipun semua galaksi mengandung beberapa materi gelap, proporsi di CDG-2 sangat ekstrem. Di galaksi tipikal seperti Bima Sakti, materi gelap membuat sekitar 85 hingga 90 persen dari total massa. Materi terlihat, termasuk bintang, gas, debu, dan planet, membuat up sisa 10 hingga 15 persen. Di CDG-2, materi terlihat membentuk sekitar satu persen dari total massa, menjadikannya salah satu sistem yang paling didominasi materi gelap yang pernah diamati.

Ini mengangkat pertanyaan fundamental tentang pembentukan dan evolusi galaksi. Bagaimana galaksi dapat terbentuk dengan materi biasa yang sangat sedikit? Proses fisika apa yang dapat menghilangkan praktis semua gas dan bintang sambil meninggalkan halo materi gelap tetap utuh?

Para peneliti percaya jawabannya terletak pada lingkungan CDG-2. Gugus Perseus adalah salah satu gugus galaksi paling besar dan paling padat di alam semesta terdekat, mengandung ribuan galaksi yang terikat bersama oleh gravitasi. Dalam lingkungan yang begitu ramai, galaksi sering berinteraksi satu sama lain dan dengan gas intragugus panas yang mengisi ruang di antara mereka.

Interaksi ini dapat mengubah komposisi galaksi secara dramatis melalui beberapa mekanisme:

• Pengupasan tekanan ram terjadi ketika galaksi bergerak melalui gas intragugus panas, yang bertindak seperti angin kuat yang meniupkan pasokan gas galaksi sendiri. Tanpa gas, galaksi tidak dapat membentuk bintang baru
• Gaya pasang surut gravitasi dari galaksi besar terdekat dapat secara fisik menarik bintang dan gas keluar dari galaksi yang lebih kecil, mendistribusikannya kembali ke medium intergalaksi
• Pelecehan melalui pertemuan dekat berulang dengan galaksi lain secara bertahap memanaskan dan mengeluarkan materi dari galaksi selama bermiliar-miliar tahun

Para peneliti menyimpulkan bahwa sebagian besar gas hidrogen CDG-2, bahan baku yang diperlukan untuk pembentukan bintang, mungkin telah dikupas oleh interaksi gravitasi dengan galaksi lain di gugus Perseus yang ramai. Selama miliaran tahun, galaksi pada dasarnya telah dikosongkan dari materi terlihatnya sementara halo materi gelapnya, yang jauh lebih luas dan lebih kokoh secara gravitasi, tetap sebagian besar utuh.

Apa yang CDG-2 Katakan kepada Kami tentang Materi Gelap

Keberadaan CDG-2 memberikan batasan berharga pada sifat materi gelap itu sendiri. Model teoritis berbeda dari materi gelap memprediksi distribusi dan kepadatan materi gelap yang berbeda dalam struktur skala galaksi. Objek yang terdiri hampir sepenuhnya dari materi gelap, dengan praktis tidak ada kontribusi yang membingungkan dari materi baryonik (biasa), menawarkan kasus uji yang sangat bersih untuk model-model ini.

Jika materi gelap berperilaku seperti yang diprediksi oleh model materi gelap dingin standar, galaksi seperti CDG-2 harus menampilkan karakteristik spesifik dalam hal distribusi massa, ukuran, dan pengaruh gravitasi mereka pada objek sekitarnya. Penyimpangan dari prediksi ini dapat menunjuk ke arah model materi gelap alternatif, termasuk teori materi gelap hangat atau teori materi gelap yang berinteraksi sendiri.

CDG-2 juga berkontribusi pada perdebatan berkelanjutan tentang masalah satelit yang hilang. Model kosmologi standar memprediksi bahwa gugus galaksi besar harus mengandung jauh lebih banyak struktur kecil yang didominasi materi gelap daripada yang telah diamati astronom. Jika banyak dari struktur yang diprediksi ini adalah galaksi hantu mirip CDG-2, terlalu redup untuk dideteksi dengan metode konvensional, maka kesenjangan antara teori dan observasi mungkin lebih kecil dari yang sebelumnya dipikirkan.

Pendekatan Baru untuk Menemukan Galaksi Tersembunyi

Teknik deteksi yang digunakan untuk menemukan CDG-2 memiliki implikasi yang meluas jauh melampaui penemuan tunggal ini. Dengan menunjukkan bahwa gugus bola bintang dapat berfungsi sebagai penanda yang dapat diandalkan untuk mengidentifikasi galaksi ultra-redup, tim peneliti telah memberikan komunitas astronomi strategi pencarian baru.

Gugus bola bintang cukup cerah untuk dideteksi pada jarak yang cukup jauh, bahkan ketika galaksi yang mereka orbiti terlalu redup untuk dilihat secara langsung. Survei sistematis populasi gugus bola bintang di gugus galaksi berpotensi dapat mengungkap populasi besar galaksi hantu yang telah bersembunyi di depan mata, diabaikan oleh survei yang bergantung pada deteksi cahaya bintang yang tersebar.

Pengamatan masa depan dengan Teleskop Luar Angkasa James Webb, yang memiliki sensitivitas lebih tinggi dalam panjang gelombang inframerah, dapat memperluas pencarian ini ke objek yang lebih redup dan lebih jauh. Kombinasi pencitraan optik tajam Hubble dan kemampuan inframerah JWST memberikan astronom seperangkat alat yang ampuh untuk memetakan struktur tersembunyi alam semesta.

Implikasi untuk Kosmologi

Penemuan CDG-2 menambah satu potongan lagi pada teka-teki kompleks tentang bagaimana alam semesta distruktur pada skala terbesarnya. Materi gelap menyumbang sekitar 27 persen dari konten massa-energi total alam semesta, namun tetap menjadi salah satu komponen kosmos yang paling sedikit dipahami. Setiap pengamatan baru yang membatasi sifat dan perilakunya membawa para ilmuwan secara bertahap lebih dekat untuk memahami apa sebenarnya materi gelap itu.

Galaksi hantu seperti CDG-2 mungkin jauh lebih umum daripada yang disarankan survei saat ini. Jika itu terbukti benar, itu berarti bahwa sebagian signifikan dari struktur galaksi alam semesta pada dasarnya tidak terlihat, dapat dideteksi hanya melalui efek gravitasi mereka dan kehadiran sesekali gugus bola bintang yang menempel pada halo materi gelap mereka. Alam semesta mungkin jauh lebih padat dengan galaksi daripada sensus terlihat yang menunjukkan, dengan sebagian besar konten galaksinya terbungkus dalam kegelapan.

Artikel ini didasarkan pada pelaporan Science Daily. Baca artikel asli.