Para astronom menemukan galaksi aneh tanpa materi gelap

Tiga tahun lalu, Filippo Fraternali dan rekan-rekannya menemukan setengah lusin galaksi yang menyebar secara misterius yang tampak seperti kota-kota luas yang terbuat dari bintang dan gas. Tetapi tidak seperti hampir setiap galaksi lain yang pernah terlihat – termasuk Bima Sakti kita sendiri – mereka tampaknya tidak dikelilingi oleh massa materi gelap yang sangat besar yang biasanya menyatukan kota-kota metropolitan bintang ini dengan gravitasinya. Para ilmuwan memilih satu untuk memperbesar, sebuah galaksi sederhana yang berjarak sekitar 250.000 tahun cahaya, dan mereka mengarahkan 27 antena teleskop radio dari Very Large Array di New Mexico ke arahnya.

Setelah mengumpulkan 40 jam data, mereka memetakan bintang-bintang dan gas dan mengkonfirmasi apa yang disarankan oleh foto-foto sebelumnya: “Konten materi gelap yang kami peroleh di galaksi ini jauh, jauh lebih kecil dari yang diperkirakan” kata Fraternali, seorang astronom di Kapteyn Institut Astronomi di Universitas Groningen di Belanda. Jika tim atau pesaingnya menemukan galaksi lain yang serupa, itu bisa menjadi tantangan bagi para ilmuwan. Sudut pandang dari gelap urusanyang telah menjadi perspektif dominan di bidang ini setidaknya selama 20 tahun. Fraternali dan timnya mempublikasikan hasil mereka pada bulan Desember di Pemberitahuan bulanan dari Royal Astronomical Society.

Berdasarkan pengamatan teleskop dan simulasi komputer selama beberapa dekade, para ilmuwan percaya materi gelap sebagai kerangka tersembunyi dari kosmos; “sambungannya” adalah kelompok besar partikel tak terlihat yang menampung galaksi besar dan kecil. Tetapi Fraternali bukan yang pertama melihat pengecualian terhadap aturan ini. Beberapa tahun yang lalu, Pieter van Dokkum, seorang astronom di Yale, dan rekan-rekannya telah menemukan galaksi yang mirip dengan Teleskop Hubble itu juga tampaknya kekurangan materi gelap. “Galaksi-galaksi ini, yang kami temukan pada tahun 2018, memicu banyak kontroversi dan diskusi serta pekerjaan lanjutan karena mereka tidak terduga dan sulit dijelaskan,” kata van Dokkum.

Galaksi-galaksi lain ini hidup di lingkungan yang padat, di mana galaksi-galaksi tetangga yang lebih besar sering terbang melintas, berpotensi menyeret materi gelap bersama mereka. Sebaliknya, galaksi Fraternali cukup terisolasi dan tidak memiliki tetangga yang mengganggu, sehingga kekurangan materi gelapnya tidak dapat dijelaskan dengan cara itu. “Itu bisa sangat signifikan,” kata van Dokkum. “Bagaimana Anda menyatukan bintang dan gas di tempat ini tanpa bantuan materi gelap?”

Benda-benda aneh ini dikenal sebagai “galaksi ultra-difusi”. Mereka adalah outlier yang ekstrim: mereka kecil dalam hal massa, tetapi mereka tersebar dalam jarak yang sangat jauh. Beberapa di antaranya sebesar Bima Sakti, tetapi hanya memiliki seperseratus lebih banyak bintang – atau bahkan lebih sedikit. Mereka begitu dekat untuk menjadi transparan sehingga mereka sulit untuk dimata-matai di langit malam. “Mereka sedikit lebih lemah di tengah, sangat sulit untuk dilihat. Sekarang mereka lebih dikenal dengan teleskop yang lebih baik dan pengamatan yang lebih dalam, ”kata Mireia Montes, astronom di Space Telescope Science Institute di Baltimore dan pakar galaksi semacam itu.

Dari tahun 1960-an dan seterusnya, astronom Amerika Vera Rubin dan yang lainnya pertama kali mengungkapkan kemungkinan adanya materi yang tidak terlihat atau “gelap” ketika mereka mengukur seberapa cepat bintang-bintang di galaksi berputar di sekitar pusat dan menunjukkan bahwa bintang-bintang dalam mengorbit pada kecepatan yang berbeda dari kecepatan luarnya. Berdasarkan rotasi bintang-bintang ini, para ilmuwan menghitung berapa banyak massa yang harus dimiliki galaksi agar tetap mengorbit daripada terlempar ke luar angkasa. Bagi banyak galaksi, massa ini berkali-kali lipat lebih besar daripada gabungan semua bintang. Para ilmuwan memecahkan masalah dengan menyimpulkan adanya jenis materi gelap yang tidak memancarkan atau memantulkan cahaya dan yang harus membentuk sisa massa yang menyatukan galaksi.