LIGO Mungkin Telah Menemukan Materi Gelap pada Kecelakaan

Ketika para ilmuwan yang bekerja di Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) menemukan gelombang gravitasi kembali pada bulan Februari, itu menandai akhir dari pencarian selama seabad untuk sesuatu yang diketahui oleh fisikawan, tetapi tidak bisa dijabarkan dan diidentifikasi.

Mungkin, kami menemukan permata langka dengan penemuan itu, dan secara tidak sengaja membunuh dua burung berusia 100 tahun dengan satu batu. Sebuah makalah baru yang ditulis oleh fisikawan di Universitas Johns Hopkins dan diterbitkan di Surat Tinjauan Fisik menyelidiki apakah merger lubang hitam yang menghasilkan gelombang gravitasi dan diamati oleh LIGO juga mengandung sinyal yang mengkonfirmasi keberadaan materi gelap.

Materi gelap, yang dihipotesiskan pertama kali pada tahun 1922, merupakan 85 persen dari semua materi di alam semesta. Tapi tidak seperti materi biasa, para ilmuwan tidak pernah bisa mengamati dan mengukurnya. Kami tahu itu ada, karena kami telah melihat beberapa hal aneh terjadi di alam semesta yang hanya bisa menjadi hasil dari akumulasi besar-besaran materi yang menciptakan efek gravitasi. Sayangnya, itu tetap tersembunyi - dan para ilmuwan telah menghabiskan hampir satu abad untuk mencarinya tanpa hasil.

Kembali pada bulan Februari, para ilmuwan menggunakan sepasang interferometer untuk mengamati sinyal yang sangat samar - celetuk - yang dihasilkan dari gelombang gravitasi (pada dasarnya riak dalam ruangwaktu yang dihasilkan oleh peristiwa berenergi tinggi). Dalam contoh ini, itu adalah dua lubang hitam - masing-masing sekitar 30 kali lebih besar dari matahari kita - bertabrakan menjadi 1,3 miliar tahun cahaya dari Bumi. Tabrakan itu melepaskan 5,3 × 10 ^ 47 joule dalam energi.

Tim peneliti JHU mulai bertanya-tanya apakah sinyal LIGO juga mengandung sesuatu yang lebih - sesuatu yang berkaitan dengan materi gelap. Seluruh investigasi berfokus pada sesuatu yang disebut lubang hitam primordial (PBHs) - sebuah hipotesis pertama kali dibuat oleh Stephen Hawking pada tahun 1971 yang menunjukkan bahwa alam semesta awal terdiri dari beberapa daerah padat yang berbeda yang dipenuhi dengan bahan kosmik mentah yang membentuk benda-benda bintang. Sementara lubang hitam normal adalah hasil dari bintang yang runtuh, PBH adalah daerah ini runtuh pada diri mereka sendiri. Dengan demikian, bintang-bintang awal akan terbentuk dekat dengan PBH ini, yang cukup kecil untuk sering menopang di sekitar halo galactic - bagian dari galaksi di mana materi gelap dianggap terutama ada.

Meskipun gagasan bahwa PBH benar-benar ada di sana telah mengambil menyelam dalam dekade terakhir ini, beberapa fisikawan masih berpikir mereka mungkin. Tim JHU tidak perlu menawarkan bukti afirmatif bahwa sinyal LIGO menggambarkan materi gelap; sebaliknya mereka menyimpulkan bahwa pengukuran tidak mengecualikan gagasan tingkat yang diantisipasi untuk menggabungkan PBH dalam halo galaksi.

“Yang membedakan apakah peristiwa gelombang gravitasi individu, atau bahkan beberapa populasi peristiwa, berasal dari PBH materi gelap atau sumber astrofisika yang lebih tradisional akan menakutkan. Meski begitu, ada beberapa prospek. Paling jelas, merger PBH akan didistribusikan lebih seperti lingkaran cahaya materi gelap skala kecil dan karenanya lebih kecil kemungkinannya ditemukan di atau dekat galaksi bercahaya daripada merger lubang hitam dari sumber astrofisika yang lebih tradisional."

Dengan kata lain, kita belum dapat menyimpulkan bahwa sinyal LIGO tidak disebabkan oleh PBH yang terkait dengan materi gelap. Tim JHU menyarankan studi fokus pada massa astrofisika dalam lingkaran cahaya galaksi yang tidak dapat dihubungkan dengan sumber yang diketahui.

Satu hal yang pasti: pencarian dark matter semakin aneh.