Secercah Cahaya dalam Perburuan Materi Gelap di Alam Semesta

 Astrofisikawan meneliti bintang katai putih “zombi” sebagai petunjuk tak langsung untuk melacak materi gelap misterius.

Ilustrasi: Wikiimages

Ringkasan

• Peneliti meneliti katai putih sebagai cara tak langsung mencari axion, kandidat utama materi gelap.
• Analisis data Hubble tidak menemukan bukti axion, tetapi menetapkan batas baru interaksinya.
• Kegagalan ini tetap penting untuk mempersempit arah pencarian materi gelap di masa depan.

PENCARIAN materi gelap kerap memaksa fisikawan memikirkan ide-ide yang terdengar ganjil. Salah satunya kini melibatkan “bintang zombi”.

Bintang katai putih yang seharusnya mati, tapi justru bisa menjadi petunjuk baru untuk memahami partikel hipotetis bernama axion, salah satu kandidat terkuat penyusun materi gelap alam semesta.

Dalam studi terbaru, tim astrofisikawan dari University of British Columbia (UBC), Kanada, mengeksplorasi hubungan antara axion dan perilaku aneh katai putih. 

Penelitian ini, yang masih berupa preprint di arXiv dan belum melalui penelaahan sejawat, memang tidak menemukan bukti keberadaan axion. 

Namun, analisisnya menawarkan cara baru memandang “kematian” katai putih melalui kacamata fisika partikel, sekaligus membuka arah riset lanjutan yang menjanjikan.

Axion sendiri pertama kali diusulkan pada 1977 sebagai solusi atas masalah ketidakseimbangan antara materi dan antimateri dalam fisika kuantum. 

Selama beberapa dekade, partikel ini tetap bersifat hipotetis, ringan, jarang berinteraksi dengan materi biasa, dan sangat sulit dideteksi. 

Karakter ini justru membuat axion mirip dengan gambaran materi gelap, komponen misterius yang diyakini menyusun sekitar 85 persen massa alam semesta.

Sementara itu, katai putih adalah sisa inti bintang yang telah kehabisan bahan bakar nuklir. Mereka padat, dingin, dan relatif “tenang”. Secara teori, kepadatannya seharusnya membuat bintang ini runtuh oleh gravitasinya sendiri. 

Namun, katai putih bertahan berkat tekanan degenerasi elektron, prinsip kuantum yang menyatakan bahwa dua elektron tidak bisa berada pada keadaan energi yang sama. 

Akibatnya, elektron di dalam katai putih bergerak semakin cepat dan menghasilkan tekanan yang menahan keruntuhan.

Keanehan inilah yang menarik perhatian fisikawan pencari axion. Beberapa model teoretis menyatakan bahwa elektron berenergi tinggi dapat memproduksi axion. 

Jika itu terjadi di dalam katai putih, axion akan “kabur” membawa energi keluar bintang, menyebabkan katai putih mendingin lebih cepat dari yang diperkirakan. 

Dan memang, pengamatan astronomi sebelumnya menunjukkan bahwa sebagian katai putih tampak mendingin secara anomali.

Untuk menguji gagasan tersebut, tim UBC menganalisis data arsip dari Teleskop Luar Angkasa Hubble dan menjalankan berbagai simulasi. 

Mereka memodelkan bagaimana katai putih akan berevolusi, dengan dan tanpa pendinginan tambahan akibat axion. 

Hasil model ini kemudian dibandingkan dengan data nyata dari gugus bola 47 Tucanae, kawasan padat bintang yang kaya katai putih.

Hasilnya mengecewakan: tidak ada tanda pendinginan tambahan yang dapat dijelaskan oleh produksi axion. Dengan kata lain, “bintang zombi” ini tidak menunjukkan bukti keberadaan axion.

Namun cerita tidak berhenti di situ. Dari kegagalan tersebut, para peneliti justru berhasil menetapkan batas baru, peluang elektron memproduksi axion ternyata sangat kecil, sekitar satu banding satu triliun. 

Dalam pencarian sesuatu yang sangat sulit dideteksi seperti materi gelap, mengetahui apa yang tidak berhasil sama pentingnya dengan menemukan petunjuk baru.

Astrofisikawan Paul Sutter dari Johns Hopkins University, yang tidak terlibat dalam penelitian ini, menilai hasil tersebut tetap bernilai. 

Menurutnya, studi ini tidak menyingkirkan axion sepenuhnya, tetapi menunjukkan bahwa interaksi langsung antara elektron dan axion sangat lemah. 

Artinya, para ilmuwan harus mencari cara yang lebih cerdik dan tak langsung untuk memburu partikel misterius itu.

Disadur dari Gizmodo.