Gravitasi Bima Sakti Bisa Meniru Jejak Materi Gelap pada Aliran Bintang

Aliran bintang selama ini dianggap sebagai salah satu pendeteksi materi gelap yang paling sensitif. Ketika subhalo materi gelap—gumpalan kecil materi gelap yang mengorbit galaksi—melintas, tarikan gravitasinya diperkirakan dapat mengganggu jejak bintang yang semula tipis dan memanjang.

Namun, studi baru dari University of Washington yang diterbitkan pada 27 Agustus di The Astrophysical Journal membawa catatan penting: materi biasa di Bima Sakti dan medan gravitasinya yang tidak seragam juga dapat menghasilkan banyak pola serupa. 6

Temuan ini bukan berarti aliran bintang tidak lagi berguna untuk mencari materi gelap. Sebaliknya, penelitian tersebut menyediakan garis dasar yang perlu dipahami lebih dulu sebelum setiap ketidakteraturan pada aliran bintang dikaitkan dengan struktur tak kasatmata.

Apa yang diuji dalam simulasi?

Para peneliti membuat simulasi empat galaksi dengan massa dan struktur yang mirip Bima Sakti. Dalam eksperimen ini, subhalo materi gelap sengaja dihilangkan. Mereka kemudian menempatkan sekitar 15.000 aliran bintang di lingkungan tersebut dan menjalankan evolusinya selama lima miliar tahun simulasi.

Rancangan ini mengisolasi satu pertanyaan: seberapa besar pengaruh gravitasi galaksi itu sendiri terhadap aliran bintang, bahkan tanpa adanya pertemuan dengan subhalo materi gelap?

Hampir semua aliran bintang menjadi tidak beraturan

Hasilnya menunjukkan bahwa ketidakteraturan merupakan hal yang umum. Hampir setiap aliran bintang dalam simulasi mengembangkan fitur seperti:

• celah;
• tekukan dan lengkungan;
• tonjolan serta cabang; dan
• gumpalan atau penyimpangan lain dari jejak bintang yang mulus. 6

Menurut hasil yang dilaporkan dalam studi tersebut, hanya sekitar 1% aliran bintang yang tetap benar-benar mulus. 6 Artinya, keberadaan aliran yang tidak beraturan tidak otomatis membuktikan bahwa sebuah subhalo materi gelap pernah melintas di dekatnya.

Sumber utama distorsi itu adalah piringan bintang galaksi induk yang kepadatannya tidak seragam. Ketika aliran bintang melintasi wilayah yang lebih padat, ia menghadapi lanskap gravitasi yang terus berubah. Tarikan yang tidak merata tersebut dapat membengkokkan, meregangkan, bahkan merobek aliran bintang—menciptakan struktur yang mirip dengan dampak subhalo materi gelap. 6

Mengapa temuan ini menjadi garis dasar, bukan bantahan?

Studi ini mengubah cara bukti dari aliran bintang perlu ditafsirkan, tetapi tidak menghapus nilainya. Celah atau tekukan yang terlihat masih mungkin disebabkan oleh subhalo materi gelap. Hanya saja, fitur tersebut harus dibandingkan terlebih dahulu dengan gangguan yang juga dapat dihasilkan oleh Bima Sakti sendiri.

Dengan menjalankan simulasi tanpa subhalo, para peneliti membuat kondisi pembanding untuk mengukur pengaruh galaksi induk. Simulasi berikutnya dapat memakai garis dasar ini untuk mencari fitur yang muncul lebih sering, atau dalam bentuk berbeda, ketika subhalo materi gelap ditambahkan. 6

Perbandingan itu penting untuk menghindari false positive: distorsi biasa akibat dinamika Bima Sakti yang keliru dianggap sebagai bukti struktur materi gelap yang tidak terlihat.

Peran yang mungkin dimainkan Observatorium Rubin

Vera C. Rubin Observatory, melalui Simonyi Survey Telescope, diharapkan menemukan lebih banyak aliran bintang yang redup sekaligus memetakan strukturnya dengan lebih rinci. Sampel pengamatan yang lebih besar akan memberi astronom lebih banyak data untuk dibandingkan dengan simulasi yang memisahkan pengaruh gravitasi Bima Sakti dari efek subhalo materi gelap. 6

Langkah berikutnya bukan meninggalkan aliran bintang, melainkan membuat metode ini lebih selektif. Dengan menggabungkan simulasi galaksi induk yang realistis, model yang memasukkan subhalo materi gelap, dan sensus aliran bintang yang terus bertambah dari Rubin Observatory, astronom dapat menilai ketidakteraturan mana yang merupakan konsekuensi biasa dari dinamika galaksi—dan mana yang mungkin benar-benar menunjuk pada materi gelap.