Galaksi

Mensimulasikan galaksi tanpa materi gelap

1,5 miliar tahun setelah dimulainya simulasi. Semakin terang warnanya, semakin tinggi densitas gas. Titik-titik biru muda menunjukkan bintang muda. © AG Kroupa / Uni Bonn

Ahli kosmologi menganggap bahwa materi tidak didistribusikan sepenuhnya secara merata setelah Big Bang. Tempat-tempat yang lebih padat menarik semakin banyak materi dari area sekitar karena gaya gravitasinya yang lebih kuat. Selama beberapa miliar tahun, akumulasi gas ini akhirnya membentuk galaksi yang kita lihat sekarang.

Unsur penting dari teori ini yaitu materi gelap. Di satu sisi, dikatakan bertanggung jawab atas distribusi awal yang tidak merata dan menyebabkan aglomerasi awan gas. Serta menjelaskan beberapa pengamatan yang membingungkan. Contohnya, bintang-bintang di rotating disk galaxies seringkali bergerak begitu cepat sehingga mereka seharusnya dikeluarkan. Tampaknya ada sumber gravitasi tambahan di galaksi yang mencegahnya dan tidak dapat dilihat dengan teleskop.

Namun, masih belum ada bukti langsung keberadaannya. “Mungkin gaya gravitasi itu sendiri berperilaku berbeda dari yang diperkirakan sebelumnya,” jelas Prof. Dr. Pavel Kroupa dari Helmholtz Institute for Radiation and Nuclear Physics di the University of Bonn dan the Astronomical Institute of Charles University di Praha. Teori ini disebut MOND (MOdified Newtonian Dynamics); ditemukan oleh fisikawan Israel Prof. Dr. Mordehai Milgrom. Menurut teori, daya tarik antara dua massa mematuhi hukum Newton hanya sampai titik tertentu. Di bawah akselerasi yang sangat rendah, seperti halnya galaksi, galaksi menjadi sangat kuat. Inilah sebabnya galaksi tidak pecah karena kecepatan rotasinya.

Hasil mendekati kenyataan

“Bekerjasama dengan Dr. Benoit Famaey di Strasbourg, kami telah mensimulasikan untuk pertama kalinya apakah galaksi akan terbentuk di alam semesta MOND, dan jika demikian, yang mana?,” ucap mahasiswa doktoral Kroupa, Nils Wittenburg. Dalam praktiknya, ia menggunakan program komputer untuk perhitungan gravitasi kompleks yang dikembangkan kelompok Kroupa. Karena dengan MOND, daya tarik objek tidak hanya bergantung pada massanya sendiri, tetapi juga pada apakah objek lain berada di sekitarnya.

Para ilmuwan kemudian menggunakan perangkat lunak tersebut untuk mensimulasikan pembentukan bintang dan galaksi, mulai dari awan gas beberapa ratus ribu tahun setelah Big Bang. “Dalam banyak aspek, hasil kami sangat dekat dengan apa yang sebenarnya kami amati dengan teleskop,” jelas Kroupa. Seperti, distribusi dan kecepatan bintang-bintang di galaksi yang dihasilkan komputer mengikuti pola yang sama yang dapat dilihat di langit malam. “Selanjutnya, simulasi kami sebagian besar menghasilkan pembentukan rotating disk galaxies seperti Bima Sakti dan hampir semua galaksi besar lainnya yang kita kenal,” jelas ilmuwan. “Simulasi materi gelap, sebagian besar menciptakan galaksi tanpa cakram materi berbeda – perbedaan dengan pengamatan yang sulit dijelaskan.”

Perhitungan berdasarkan keberadaan materi gelap juga sangat sensitif terhadap perubahan parameter tertentu, seperti frekuensi supernova dan pengaruhnya terhadap distribusi materi di galaksi. Namun, dalam simulasi MOND, faktor-faktor tersebut hampir tidak berperan.

Namun hasil terbaru yang diterbitkan dari Bonn, Praha dan Strasbourg tidak sesuai dengan semua poin. “Simulasi kami hanya permulaan,” tegas Kroupa. Para ilmuwan sejauh ini hanya membuat asumsi sederhana tentang distribusi materi asli dan kondisi di alam semesta muda. “Kita harus mengulangi perhitungan dan memasukkan faktor-faktor pengaruh yang lebih kompleks. Lalu kita akan melihat apakah teori MOND benar-benar menjelaskan kenyataan.”

Jurnal Referensi:
Nils Wittenburg, Pavel Kroupa and Benoit Famaey: The formation of exponential disk galaxies in MOND. Astrophysical Journal, Internet: http://arxiv.org/abs/2002.01941

Tautan ke artikel asli: Galaxy formation simulated without dark matter / University of Bonn

Diterjemahkan oleh saintifia dengan seizin dari yang bersangkutan, segala kesalahan translasi menjadi tanggungjawab kami.