CDG-2, Galaksi yang Tersusun dari Materi Gelap

PARA peneliti menemukan Galaksi Gelap Kandidat-2, atau CDG-2, menggunakan Teleskop Luar Angkasa Hubble, dan mereka percaya bahwa galaksi ini terbuat dari setidaknya 99,9% materi gelap. Jika temuan mereka didukung oleh pengamatan lebih lanjut, CDG-2 akan menjadi salah satu galaksi dengan kandungan materi gelap terbanyak yang pernah ditemukan.

Materi gelap mendominasi alam semesta. Jumlahnya lima kali lebih banyak daripada materi biasa yang merupakan bahan penyusun semua bintang, planet, dan segala sesuatu yang dapat dilihat  tetapi materi gelap tidak terlihat dan belum pernah diamati secara langsung. Namun, keberadaannya dapat disimpulkan karena efek gravitasinya pada materi biasa karena materi gelap adalah perekat yang menyatukan alam semesta.

Sebagian besar galaksi, termasuk galaksi kita sendiri, didominasi oleh materi gelap. Namun dalam beberapa kasus, rasio materi gelap terhadap materi normal menjadi sangat ekstrem sehingga sebuah galaksi hanya menyisakan bintang-bintang yang jarang, membuatnya tampak sangat redup. Para astronom menyebut benda-benda ini sebagai “galaksi dengan kecerahan permukaan rendah,” dan telah mengamati ribuan di antaranya sejak yang pertama ditemukan pada tahun 1980-an.

CDG-2, yang berjarak sekitar 300 juta tahun cahaya dari Bumi, tampaknya sangat kaya akan materi gelap sehingga dapat termasuk dalam subkelompok galaksi dengan kecerahan permukaan rendah yang disebut “galaksi gelap,” yang diyakini mengandung sedikit atau tanpa bintang.

“Galaksi dengan kecerahan permukaan rendah sangat redup, tetapi masih ada sedikit cahaya yang berasal darinya,” kata Dayi Li, seorang peneliti pascadoktoral di bidang statistik dan astrofisika di Universitas Toronto dan penulis utama studi tentang penemuan tersebut, yang diterbitkan di The Astrophysical Journal Letters.

“Tetapi galaksi gelap berada di ujung ekstrem itu, di mana Anda pada dasarnya tidak akan memiliki cahaya redup atau struktur apa pun yang Anda harapkan dari galaksi tipikal,” ungkapnya dikutip dari CNN.

Tidak ada definisi ketat tentang galaksi gelap, jelas Li, tetapi keberadaannya diprediksi oleh teori materi gelap dan simulasi kosmologis. “Di mana tepatnya kita menarik garis dalam hal berapa banyak bintang yang seharusnya mereka miliki masih ambigu, karena tidak semua hal dalam astronomi sejelas yang kita inginkan,” katanya.

“Secara teknis, CDG-2 adalah galaksi yang hampir gelap. Tetapi pentingnya CDG-2 adalah bahwa ia mendorong kita jauh lebih dekat untuk mencapai rezim yang benar-benar gelap, sementara sebelumnya kita tidak berpikir galaksi yang redup seperti ini dapat ada,” ucapnya.

Mencari Cahaya

Untuk mengamati CDG-2, para peneliti menggunakan data dari tiga teleskop Hubble, observatorium ruang angkasa Euclid milik Badan Antariksa Eropa, dan Teleskop Subaru di Hawaii — bersama dengan pendekatan baru yang melibatkan pencarian objek yang disebut gugus bola.

“Ini adalah pengelompokan bola yang sangat rapat dari bintang-bintang yang sangat tua, pada dasarnya peninggalan generasi pertama pembentukan bintang,” kata Li.

Gugusan bola bintang tetap terang meskipun galaksi di sekitarnya tidak terang, dan pengamatan sebelumnya telah menunjukkan hubungan antara gugusan tersebut dan keberadaan materi gelap di dalam galaksi, tambah Li.

Karena CDG-2 tampaknya memiliki sangat sedikit bintang, pasti ada sesuatu yang lain yang menyediakan massa yang dibutuhkan gugusan tersebut untuk tetap menyatu. Li dan rekan-rekannya berasumsi bahwa sumber massa tersebut adalah materi gelap.

Para peneliti menemukan empat gugusan bola bintang di Gugusan Perseus, sebuah kelompok ribuan galaksi yang terbenam dalam awan gas dan salah satu objek paling masif di alam semesta. Pengamatan lebih lanjut mengungkapkan cahaya atau halo di sekitar gugusan bola bintang, yang menunjukkan keberadaan sebuah galaksi.

Tetapi bagaimana sebuah galaksi bisa berakhir dengan sedikit atau tanpa bintang dan sebagian besar materi gelap?

Para astronom percaya, jelas Li, bahwa setelah pembentukan gugusan tersebut di awal keberadaan galaksi, galaksi-galaksi di sekitarnya yang lebih besar mengambil gas hidrogen yang dibutuhkan untuk membuat lebih banyak bintang individual seperti matahari kita.

“Materi yang dibutuhkan galaksi ini untuk terus membentuk bintang sudah tidak ada lagi, sehingga yang tersisa hanyalah halo materi gelap dan empat gugus bola.” Proses tersebut, tambahnya, akan meninggalkan kerangka atau bayangan “galaksi yang pada dasarnya gagal.”

Sebagai hasil dari mekanisme pembentukan ini, galaksi tersebut hanya memiliki 0,005% kecerahan galaksi kita sendiri, kata Li. “Dalam hal cahaya bintang, galaksi ini sekitar 6 juta kali lebih terang dari matahari kita. Kecerahan galaksi kita sendiri sekitar 20 miliar kali lebih terang dari matahari,” catatnya.

Mencari gugus bola bisa menjadi “metode yang sepenuhnya baru untuk menemukan galaksi-galaksi yang berpotensi gelap ini,” kata Li, menambahkan bahwa gugus bola seharusnya ada dalam jumlah yang melimpah.

Namun, diperlukan lebih banyak pengamatan untuk merinci sifat fisik CDG-2 dan mengkonfirmasi berapa banyak materi gelap yang dikandungnya, yang menurut Li dapat dicapai dengan menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb.

‘Gelapnya Sedikit Terang’

Mempelajari galaksi gelap potensial penting karena galaksi tersebut memberikan pandangan yang hampir murni tentang perilaku materi gelap, menurut Neal Dalal, seorang peneliti di Perimeter Institute for Theoretical Physics di Waterloo, Ontario, Kanada, yang tidak terlibat dalam penelitian ini.

“Di galaksi besar dengan banyak bintang, seperti galaksi Bima Sakti kita, bintang dan gas dapat memiliki dampak signifikan pada distribusi materi gelap, sehingga sulit untuk memisahkan efek materi biasa dari efek materi gelap,” tulisnya.

Tetapi di galaksi yang sangat redup ini, hanya ada sedikit bintang dan sedikit gas sehingga perilaku materi gelapnya hampir tidak terpengaruh oleh materi biasa, simpulnya. “Oleh karena itu, kita mendapatkan penyelidikan fisika materi gelap yang jauh lebih bersih.”

Salah satu hal yang paling menarik tentang galaksi ini adalah cara penemuannya, menggunakan gugus bola, kata Robert Minchin, seorang astronom di National Radio Astronomy Observatory di Socorro, New Mexico, melalui email.

“Sekilas memang tampak aneh untuk mencari cahaya dari galaksi gelap, tetapi, mengutip film Princess Bride, ‘Ada perbedaan besar antara sebagian besar gelap dan seluruhnya gelap. Sebagian besar gelap sedikit terang,’” katanya. Minchin juga tidak berpartisipasi dalam penelitian ini.

Sebagian besar kandidat galaksi gelap dan hampir gelap, kata Minchin, telah diidentifikasi menggunakan teleskop radio dan pencarian gas hidrogen, tetapi upaya tersebut akan melewatkan galaksi seperti CDG-2, di mana gasnya telah dihilangkan. “Mencari gugus bola mereka menghindari masalah itu, dan tampaknya galaksi yang sangat gelap lainnya akan ditemukan dengan metode ini di masa mendatang,” paparnya.

Untuk benar-benar mengkonfirmasi CDG-2 sebagai galaksi gelap, kita perlu mengukur kandungan materi gelapnya, yang tetap sangat menantang mengingat jaraknya, menurut Yao-Yuan Mao, asisten profesor fisika dan astronomi di Universitas Utah di Salt Lake City. hay