Pengantar
Pada tahun 2016, para astronom yang dipimpin oleh Pieter van Dokum dari Universitas Yale diterbitkan kertas bom mengklaim penemuan galaksi yang begitu redup, namun begitu luas dan berat, sehingga hampir seluruhnya tidak terlihat. Mereka memperkirakan bahwa galaksi yang dijuluki Dragonfly 44 ini memiliki 99.99% materi gelap.
Perdebatan sengit terjadi tentang properti Dragonfly 44 yang masih belum terselesaikan. Sementara itu, lebih dari 1,000 galaksi yang sama besar namun redup telah muncul.
Dragonfly 44 dan sejenisnya dikenal sebagai galaksi ultra-diffuse (UDGs). Meskipun mereka bisa sebesar galaksi biasa terbesar, UDG sangat redup — sangat redup sehingga, dalam survei teleskop di langit, "adalah tugas untuk menyaring kebisingan tanpa secara tidak sengaja menyaring galaksi-galaksi ini," kata Paul Bennet, seorang astronom di Space Telescope Science Institute di Baltimore. Gas pembentuk bintang terang yang berlimpah di galaksi lain tampaknya telah menghilang di UDG, hanya menyisakan kerangka bintang tua.
Keberadaan mereka telah menyebabkan kegemparan dalam teori evolusi galaksi, yang gagal memprediksi mereka. “Mereka tidak muncul dalam simulasi,” kata van Dokkum. “Anda harus melakukan sesuatu yang istimewa untuk membuat galaksi sebesar dan redup.”
Teori-teori baru yang liar telah muncul untuk menjelaskan bagaimana Dragonfly 44 dan UDG lainnya muncul. Dan noda cahaya raksasa ini mungkin memberikan bukti baru tentang tangan tak kasat mata materi gelap.
Terlalu Banyak Materi Gelap
Saat gravitasi menyatukan gumpalan gas dan bintang, energi dan momentum gabungan mereka menyebabkan mashup mengembang dan berputar. Akhirnya sebuah galaksi muncul.
Hanya ada satu masalah. Saat galaksi berotasi, mereka harus terpisah. Mereka tampaknya tidak memiliki massa yang cukup — dan dengan demikian gravitasi — untuk saling menempel. Konsep materi gelap diciptakan untuk memberikan gravitasi yang hilang. Dalam gambar ini, sebuah galaksi berada di dalam konglomerasi partikel tak bercahaya yang lebih besar. Materi gelap "halo" ini menyatukan galaksi yang berputar.
Salah satu cara untuk memperkirakan kecepatan rotasi galaksi, dan dengan demikian kandungan materi gelapnya, adalah dengan menghitung gugus bola bintangnya. “Kami tidak tahu mengapa, dari sudut pandang teori,” kata Bennet, tetapi jumlah “gugus bola” ini berkorelasi erat dengan sifat-sifat yang sulit diukur itu. Dalam makalah 2016, van Dokkum menghitung 94 gugus bola di dalam Dragonfly 44 — angka yang menyiratkan lingkaran materi gelap yang luar biasa besar, terlepas dari seberapa sedikit materi yang terlihat di galaksi.
Tidak ada yang pernah melihat sesuatu seperti itu. Van Dokkum dan rekan penulis menyarankan bahwa Dragonfly 44 bisa menjadi "Bima Sakti yang gagal": sebuah galaksi dengan halo materi gelap seukuran Bima Sakti yang mengalami peristiwa misterius sejak awal yang merampas gas pembentuk bintangnya, meninggalkannya dengan hanya bintang-bintang yang menua dan lingkaran cahaya raksasa.
Atau Tanpa Materi Gelap
Objek tersebut menarik minat kelompok astronom lain yang berpendapat bahwa materi gelap tidak ada sama sekali. Para peneliti ini menjelaskan hilangnya gravitasi galaksi dengan mengubah hukum gravitasi Newton, sebuah pendekatan yang disebut dinamika Newtonian yang dimodifikasi, atau MOND.
Menurut MOND, gaya gravitasi yang dimodifikasi untuk setiap galaksi dihitung dari rasio massa terhadap cahaya bintangnya — massa totalnya dibagi dengan luminositasnya. Ahli teori MOND tidak berspekulasi mengapa gaya akan bergantung pada rasio ini, tetapi formula ad hoc mereka cocok dengan kecepatan pengamatan sebagian besar galaksi, tanpa perlu menggunakan materi gelap.
Saat tersiar kabar tentang Dragonfly 44, pendukung MOND Stacy McGaugh, seorang astronom di Case Western Reserve University, menghitung dari rasio massa-terhadap-cahaya yang seharusnya berputar lebih lambat dari perkiraan awal van Dokkum yang ditunjukkan. Perhitungan MOND tampaknya tidak sesuai dengan data.
Pengantar
Namun kemudian pada tahun 2019, kelompok van Dokkum menurunkan kecepatan putaran Dragonfly 44 menggunakan data yang ditingkatkan. MOND dibenarkan. “Dragonfly 44 adalah contoh bagaimana data ini berevolusi agar sesuai dengan MOND,” kata McGaugh.
Namun, bagi sebagian besar astronom, yang percaya pada materi gelap, kecepatan rotasi yang lebih lambat hanya menyiratkan bahwa lingkaran cahaya Dragonfly 44 lebih kecil dari yang mereka kira. Pada tahun 2020, sebuah kelompok independen semakin memperkecil lingkaran cahaya dengan menghitung kluster globular secara dramatis lebih sedikit, tetapi van Dokkum membantah hasil ini. Meskipun ukuran halo masih belum pasti, mungkin kurang masif dari yang diperkirakan semula, menunjukkan bahwa Dragonfly 44 bukanlah Bima Sakti yang gagal.
Galaksi Tua Besar
Keanehan yang baru ditemukan telah menambah misteri.
In kertas diterbitkan pada bulan Agustus, kelompok van Dokkum menemukan Dragonfly 44 sangat kuno, terbentuk antara 10 miliar dan 13 miliar tahun yang lalu.
Tapi galaksi tua seperti itu seharusnya tidak sebesar Dragonfly 44. Objek alam semesta awal cenderung lebih kompak karena terbentuk sebelum ekspansi cepat alam semesta.
Selain itu, galaksi tua dan tipis seperti itu seharusnya sudah benar-benar terkoyak sekarang. Bahwa Dragonfly 44 telah disatukan menyiratkan bahwa ia memiliki lingkaran cahaya materi gelap yang besar dan kuat - berpotensi memulihkan hipotesis "Bima Sakti yang gagal". “Itu penjelasan yang sangat menyenangkan, makanya saya menyukainya, tetapi saya tidak tahu apakah itu benar,” kata van Dokkum.
Penjelasan lain, hipotesis "putaran tinggi", menyatakan bahwa dua galaksi kecil bergabung saat berputar ke arah yang sama, sehingga galaksi yang dihasilkan, Dragonfly 44, memperoleh momentum sudut keduanya. Hal ini menyebabkannya berputar lebih cepat, membusungkannya dan meniup bahan pembuat bintangnya.
UDG yang sangat beragam
Di tengah pengamatan Dragonfly 44, para astronom juga telah membuat katalog koleksi galaksi ultra-diffuse lainnya yang sangat banyak dan beragam. Temuan ini memaksa mereka untuk menyimpulkan bahwa galaksi terbentuk dengan lebih banyak cara daripada yang mereka tahu.
Beberapa UDG yang baru ditemukan tampaknya sama sekali tidak memiliki materi gelap. Grup Van Dokkum mengidentifikasi satu galaksi tersebut pada tahun 2018, kemudian melihat jejak orang lain di dekatnya. Mei ini, tim dugaan in Alam bahwa jejak itu terbentuk dalam tabrakan dua galaksi yang telah lama terjadi. Tabrakan itu memperlambat aliran gas galaksi, tetapi materi gelap mereka terus berjalan seolah-olah tidak ada yang terjadi. Gas kemudian dikompresi menjadi gumpalan bintang, akhirnya membentuk rangkaian galaksi bebas materi gelap.
Sementara itu, Bennet menemukan dua UDG pada tahun 2018 yang menunjuk ke teori formasi yang berbeda. Dalam setiap kasus, gaya pasang surut dari galaksi terdekat yang berat tampaknya telah merobek UDG, mengeluarkannya dan mencuri gasnya. (Ini tidak dapat menjelaskan Dragonfly 44, yang terletak terlalu jauh dari galaksi berat.)
Secara membingungkan, makalah bulan september melaporkan pembentukan bintang baru-baru ini di UDG, bertentangan dengan gagasan bahwa mereka hanya menampung bintang-bintang tua.
Rentang UDG seperti itu yang terlihat sama secara lahiriah tetapi berbeda secara internal dapat memvalidasi teori materi gelap dibandingkan MOND. "Jika bintang-bintang bergerak sangat cepat di satu galaksi, dan sangat lambat di galaksi lain, itu masalah besar bagi teori-teori alternatif itu," kata van Dokkum.
McGaugh setuju bahwa jika ada "pencilan asli" di antara populasi UDG, "itu memang masalah bagi MOND." Namun, dia menambahkan, "itu tidak secara otomatis membuat materi gelap menjadi interpretasi yang lebih baik."
Jawaban pasti akan membutuhkan teleskop baru. Teleskop Luar Angkasa James Webb yang baru beroperasi telah melihat galaksi-galaksi jauh ketika mereka muncul ketika mereka terbentuk di alam semesta awal, yang akan membantu menguji dan menyempurnakan ide-ide yang baru lahir.
“Pengambilan besar adalah bahwa kita masih tidak tahu apa yang ada di luar sana,” kata van Dokkum. “Ada galaksi yang belum kami temukan yang sangat besar, sangat dekat, dan memiliki sifat yang tidak biasa, dan mereka tidak ada dalam katalog kami saat ini bahkan setelah beberapa dekade mempelajari langit.”
