Galaksi yang hampir tak terlihat menantang paradigma materi gelap

Sekelompok ahli astrofisika yang dipimpin oleh Mireia Montes, seorang peneliti di Institut Astrofisika Kepulauan Canary (IAC), telah menemukan galaksi terbesar dan terluas yang tercatat hingga saat ini. Studi ini dipublikasikan di jurnal Astronomi dan astrofisikaData yang diperoleh dari Gran Telescopio Canarias (GTC) dan Green Bank Radio Telescope (GBT) digunakan.

Nube adalah galaksi kerdil yang hampir tak terlihat yang ditemukan oleh tim peneliti internasional yang dipimpin oleh Institute of Astrophysics of the Canary Islands (IAC) bekerja sama dengan University of La Laguna (ULL) dan institusi lainnya.

Nama tersebut disarankan oleh putri salah satu peneliti kelompok tersebut yang berusia 5 tahun, dan karena penampakan tubuhnya yang menyebar. Kecerahan permukaannya sangat redup sehingga luput dari perhatian dalam berbagai survei sebelumnya di bagian langit ini, seolah-olah itu adalah hantu. Hal ini karena bintang-bintangnya sangat tersebar sehingga “Nube” (bahasa Spanyol untuk “awan”) hampir tidak dapat terdeteksi.

Galaksi yang baru ditemukan ini memiliki serangkaian sifat khusus yang membedakannya dari objek yang diketahui sebelumnya. Tim peneliti memperkirakan bahwa Nobi adalah galaksi katai yang sepuluh kali lebih lemah dibandingkan galaksi sejenis lainnya, tetapi juga sepuluh kali lebih masif dibandingkan objek lain yang mengandung jumlah bintang yang sama. Untuk menunjukkan apa artinya ini bagi siapa pun yang mengetahui sedikit astronomi, galaksi ini berukuran sekitar sepertiga galaksi Bima SaktiNamun massanya mirip dengan Awan Magellan Kecil.

Gambar Galaksi Nubia melalui teleskop yang berbeda. Kredit: SDSS/GTC/IAC

“Dengan pengetahuan yang kami miliki saat ini, kami tidak memahami bagaimana galaksi dengan sifat ekstrem seperti itu bisa ada,” jelas Mireya Montes, penulis pertama artikel tersebut, peneliti di IAC dan ULL.

Selama beberapa tahun, Ignacio Trujillo, penulis kedua artikel tersebut, telah melakukan analisis berdasarkan gambar SDSS (Survei Langit Digital Sloan), garis langit tertentu, dalam kerangka proyek Legado del IAC Stripe 82. Dalam salah satu tinjauan data, mereka melihat petak samar yang tampak cukup menarik untuk dijadikan proyek penelitian.

Langkah selanjutnya adalah menggunakan gambar multi-warna yang sangat dalam dari Gran Telescopio Canarias (GTC), untuk memastikan bahwa tambalan dalam pemindaian ini bukanlah semacam kesalahan, tetapi objek yang tersebar luas. Karena kelemahannya, sulit menentukan jarak pasti Nobby. Dengan menggunakan observasi yang diperoleh dengan Green Bank Telescope (GBT), di Amerika Serikat, para peneliti memperkirakan jarak Nobi adalah 300 juta tahun cahaya, meskipun observasi mendatang akan menggunakan teleskop radio Very Large Array (VLA) dan Teleskop Optik William Herschel. (WHT) di Observatorium Roque de los Muchachos, La Palma, akan membantu mereka menunjukkan apakah jarak ini benar. “Jika galaksi ternyata lebih dekat, maka ia akan tetap menjadi objek yang sangat aneh, dan akan menimbulkan tantangan besar bagi astrofisika,” komentar Ignacio Trujillo.

Apakah ada tantangan lain terhadap model materi gelap saat ini?

Aturan umumnya adalah galaksi memiliki kepadatan bintang yang jauh lebih besar di wilayah dalamnya, dan kepadatan ini menurun dengan cepat seiring bertambahnya jarak dari pusatnya. Namun, Montes mengatakan bahwa di Nobi, “kepadatan bintang sangat sedikit bervariasi di seluruh objek, itulah sebabnya objek tersebut sangat redup, dan kami tidak dapat mengamatinya dengan baik sampai kami mendapatkan gambar yang sangat dalam dari GTC.” “

Galaksi Nubia. Gambar ini merupakan gabungan antara foto berwarna dan foto hitam putih, untuk pemilihan background. Kredit: GTC/Mireya Montes

Pemula membingungkan para astronom. Pada pandangan pertamaTim menjelaskan bahwa tidak ada interaksi atau indikasi lain mengenai sifat anehnya. Simulasi kosmologis tidak mampu mereproduksi sifat “ekstrim”-nya, bahkan berdasarkan skenario yang berbeda. “Kita tidak memiliki penjelasan yang masuk akal dalam model kosmologis yang diterima saat ini, yaitu model materi gelap dingin,” jelas Montes.

Model materi gelap dingin dapat mereproduksi struktur skala besar di alam semesta, namun ada skenario skala kecil, seperti skenario Nobby, yang tidak dapat memberikan jawaban yang baik. Kami telah menunjukkan bagaimana berbagai model teoretis tidak dapat mereproduksinya, menjadikannya salah satu kasus paling ekstrem yang diketahui hingga saat ini. “Ada kemungkinan bahwa dengan galaksi ini, dan galaksi serupa yang kita temukan, kita dapat menemukan bukti tambahan yang akan membuka jendela baru dalam memahami alam semesta,” komentar Montes.

“Salah satu kemungkinan yang menarik adalah sifat Nube yang tidak biasa menunjukkan kepada kita bahwa partikel penyusun materi gelap memiliki massa yang sangat kecil,” kata Ignacio Trujillo. Jika demikian, sifat-sifat yang tidak biasa dari galaksi ini akan menjadi bukti sifat-sifat fisika kuantum, tetapi dalam skala galaksi. Ia menyimpulkan, ”Jika hipotesis ini terkonfirmasi, ini akan menjadi salah satu manifestasi alam yang paling indah, yang menyatukan dunia kecil dengan dunia besar.”

Referensi: “Galaksi gelap kira-kira bermassa Awan Magellan Kecil” oleh Mireya Montes, Ignacio Trujillo, Ananthan Karunakaran, Raul Infante-Saenz, Christine Speeks, Giulia Giulini, Michael Beasley, Maria Ciprian, Nocchia Ciampa, Mauro D'Onofrio, Lee Kelvin dan Javier Roman, 9 Januari 2024, Astronomi dan astrofisika.
doi: 10.1051/0004-6361/202347667