Sebuah analisis baru tentang bagaimana gugus galaksi berevolusi selama 13,8 miliar tahun sejarah alam semesta dapat membantu menyelesaikan ketegangan yang sudah berlangsung lama seputar “penggumpalan” kandungan materi di alam semesta kita. Hal ini juga dapat membantu para ilmuwan memecahkan sejumlah misteri kosmik lainnya.
Data pertama dari eROSITA All-Sky Survey of Cosmic X-ray Sources, yang menyelesaikan 4,5 survei seluruh langit pada bulan Februari 2022, berisi pengukuran yang tepat mengenai jumlah total materi di alam semesta dan tingkat kehalusan materi, atau “Homogenitas.”
Temuan ini dapat membantu menyelesaikan kesenjangan antara prediksi teoretis Model Standar kosmologi dan pengamatan terhadap fosil kosmik yang lahir tepat setelah Big Bang yang disebut latar belakang gelombang mikro kosmik (CMB). Keduanya saat ini tidak sepakat mengenai betapa kentalnya materi di alam semesta.
Disparitas ini dikenal sebagai ketegangan S8, S8 menjadi parameter yang digunakan para ilmuwan untuk mengukur amplitudo fluktuasi materi pada skala sekitar 26 juta tahun cahaya. Dengan kata lain, kegumpalan alam semesta dalam skala yang masif.
Terkait: Gambar sinar-X alam semesta mengungkap hampir 1 juta objek berenergi tinggi: ‘Ini adalah angka yang mencengangkan’
Meskipun tegangan S8 mungkin tidak menjadi masalah serius bagi kosmologi seperti “tegangan Hubble”, yang menggambarkan perbedaan yang dilihat para ilmuwan dalam perhitungan laju ekspansi alam semesta, tegangan ini tetap mewakili badai. Bahkan ada pendapat bahwa kita mungkin harus menemukan fisika baru untuk memecahkan teka-teki ini. Namun, data eROSITA yang baru memberikan harapan bahwa strain S8 dapat dimitigasi bahkan tanpa tindakan drastis seperti itu.
“eROSITA kini telah menetapkan pengukuran evolusi klaster sebagai alat untuk kosmologi presisi,” Esra Bulbul, ilmuwan utama tim klaster dan kosmologi eROSITA, mengatakan dalam sebuah pernyataan. “Parameter kosmologis yang kami ukur dari gugus galaksi konsisten dengan CMB yang canggih, menunjukkan bahwa model kosmologis yang sama berlaku tak lama setelah Big Bang hingga saat ini.”
Mengatasi krisis luar angkasa yang akan datang dengan eROSITA
Model Standar kosmologi, atau model “Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM)”, menyatakan bahwa alam semesta segera setelah Big Bang adalah lautan foton, atau partikel cahaya, dan elektron bebas dan proton yang panas dan padat.
Elektron-elektron ini diperkirakan memiliki foton yang tersebar tak terhingga saat ini, yang berarti alam semesta pada dasarnya buram. Hal ini terjadi hingga sekitar 400.000 tahun kemudian, ketika alam semesta mengembang dan mendingin sehingga memungkinkan elektron dan proton saling berdekatan untuk bergabung membentuk atom hidrogen pertama.
Selama era reionisasi ini, foton tiba-tiba dibiarkan bergerak dan alam semesta menjadi transparan terhadap cahaya. “Cahaya pertama” ini kini memenuhi alam semesta hampir secara merata dan dikenal sebagai CMB, atau “permukaan hamburan terakhir”. Dan karena cahaya ini sudah ada sebelum bintang dan galaksi pertama terbentuk, CMB adalah alat yang sangat baik untuk melacak evolusi alam semesta.
Seiring berjalannya waktu kosmik, atom-atom pertama berkumpul untuk membentuk awan gas pertama, kemudian bintang-bintang pertama berkumpul menjadi galaksi, yang kemudian berkumpul menjadi gugus galaksi pertama, yang akhirnya mengarah pada beberapa struktur terbesar di alam semesta yang diketahui.
Pengamatan cluster ini oleh eROSITA, instrumen utama di pesawat ruang angkasa Spectrum-Roentgen-Gamma (SRG) Rusia-Jerman, menunjukkan bahwa materi tampak dan materi gelap menyumbang 29% dari total kepadatan energi alam semesta, sesuai dengan pengukuran CMB.
Dua versi data eROSITA All-Sky Survey Catalog (eRASS1) (kanan) pada langit sinar-X di atas Bumi (kanan) pada sumber sinar-X. (Kredit gambar: MPE, J. Sanders untuk das eROSITA-Konsorsium)
Saat mengamati gugus galaksi, eROSITA juga mampu memberikan pengukuran penggumpalan materi menggunakan parameter S8. Meskipun eksperimen CMB sebelumnya menunjukkan nilai S8 yang lebih tinggi daripada yang diperkirakan oleh Model Standar, pengamatan eROSITA terhadap fosil luar angkasa ini lebih konsisten dengan prediksi teoretis ini.
“eROSITA memberi tahu kita bahwa alam semesta telah berperilaku seperti yang diharapkan sepanjang sejarah kosmik,” kata Vittorio Ghirardini, peneliti utama dan peneliti pascadoktoral di Institut Max Planck untuk Fisika Luar Angkasa, dalam sebuah pernyataan. “Tidak ada ketegangan dengan CMB – mungkin sekarang para kosmolog bisa sedikit bersantai.”
Perburuan Hantu Luar Angkasa
Pengamatan eROSITA terhadap gugus galaksi juga membantu para ilmuwan mempelajari lebih lanjut tentang partikel kecil yang disebut neutrino, yang memiliki massa dan muatan sangat kecil sehingga pada dasarnya dapat bergerak di bawah radar. Faktanya, 100 triliun diantaranya melewati tubuh kita tanpa disadari setiap detiknya. Hal ini tidak hanya membuat neutrino sangat sulit dideteksi, tetapi juga membuat mereka mendapat julukan “partikel hantu”.
Massa kecil ini juga memungkinkan mereka meluncur melintasi ruang angkasa dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, sebuah fakta yang oleh para astronom digambarkan sebagai “panas”. Suhu pada dasarnya adalah ukuran seberapa cepat partikel bergerak. Artinya, neutrino dapat memperlancar distribusi materi di alam semesta, dan tindakan ini dapat diukur dengan mempelajari evolusi struktur kosmik terbesar yang kita ketahui.
Dengan demikian, kombinasi pengukuran gugus galaksi eROSITA dengan pengamatan CMB memberikan pengukuran total massa neutrino paling tepat yang pernah dicapai oleh penyelidikan kosmologis.
“Ini mungkin terdengar paradoks, tetapi kami telah memperoleh batasan ketat mengenai massa partikel paling ringan yang diketahui dari kelimpahan halo materi gelap terbesar di alam semesta,” kata Ghirardini. “Kami bahkan berada di ambang terobosan dalam mengukur total massa neutrino yang dikombinasikan dengan eksperimen neutrino berbasis darat.”
Pandangan eROSITA terhadap luar angkasa tidak berakhir di situ; Data dari instrumen tersebut juga harus mampu mengungkap tingkat pertumbuhan struktur terbesar di alam semesta, seperti yang diprediksi oleh teori gravitasi Einstein: Relativitas Umum tahun 1915.
Analisis awal terhadap 12.247 kluster galaksi yang teridentifikasi secara optik dan diamati oleh eROSITA tampaknya menunjukkan bahwa laju pertumbuhan ini agak lebih lambat pada usia kosmologis selanjutnya dibandingkan yang diperkirakan oleh relativitas umum.
“Kita mungkin berada di ambang penemuan baru,” kata Emmanuel Artis, peneliti pascadoktoral di Institut Max Planck untuk Fisika Luar Angkasa, dalam sebuah pernyataan. “Jika terkonfirmasi, eROSITA akan membuka jalan bagi teori-teori baru yang menarik di luar relativitas umum.”
+ There are no comments
Add yours