Si Topik Thesis
Beberapa waktu lalu gue pernah membuat jajak pendapat di Twitter tentang topik tulisan apa yang enak gue bahas. Hasil japatnya sih tentang gelombang gravitasi ya. Namun kali ini gue mau cerita tentang topik thesis gue dulu boleh ya. Boleh dong.
Thesis gue akan bercerita tentang materi gelap atau dark matter. Tidak sedikit yang bergidik mendengar istilah dark matter. Kadang sudah terlanjur mual sebelum gue menjelaskan seperti halnya Yeye yang mengasosiasikan dark matter dengan rawon karena sama-sama gelap.
Sesungguhnya materi gelap bukanlah yang terlihat berwarna hitam di ruang angkasa. Bukan. Kata “gelap” merupakan asosiasi atau perumpamaan karena kita belum bisa melihat wujudnya seperti apa. Gaib. Misteri. Ibarat hantu saja. Mereka menunjukkan eksistensinya dengan melakukan suatu kerja yang bisa kita indera. Meski demikian kita masih belum mampu menyingkap seperti apa bentuk mereka dan bagaimana mekanisme kerja mereka yang sesungguhnya. Sehingga kita pun tetap yakin kalau mereka itu ada.
Dalam pemetaan ilmu fisika, posisi materi gelap itu sendiri berada di seberang jurang ketidaktahuan manusia. Kalau kata judul buku yang ditulis Jorge Cham dan Daniel Whiteson, we have no idea. Materi gelap (beserta energi gelap dan gravitasi kuantum seperti dalam info grafis di bawah) berada dalam ranah yang masih perlu dicari dan dibuktikan eksistensinya.
Oke, sekarang bagaimana kita tahu kalau materi gelap itu sungguh ada?
Hal ini didapatkan dari pengamatan ilmuwan terhadap profil kecepatan bintang dan gas di dalam galaksi. Khususnya galaksi spiral (iya, ada galaksi jenis lain namun tidak menunjukkan bukti ada materi gelap di dalamnya). Sekarang mari kita kenali anatomi galaksi spiral terlebih dahulu supaya bisa lebih paham dengan maksud dari kecepatan rotasi.
Bagian tengah yang berwarna kuning adalah pusat galaksi yang disebut sebagai bulge. Sedangkan sesuatu yang berbentuk spiral dan berwarna biru merupakan piringan galaksi (disk) dengan lengan yang berisikan gas, debu, bintang, sistem keplanetan, dan juga materi antar bintang (interstellar medium). Lengan galaksi ini juga merupakan tempat di mana pembentukan bintang terjadi dan mereka berputar mengelilingi pusat galaksi dengan kecepatan tertentu. Nah, kecepatan itulah yang dimaksud dengan kecepatan rotasi.
Berdasarkan hukum Kepler, profil kecepatan bintang dan gas seharusnya menurun ketika ia semakin jauh dari pusat galaksi. Namun pada kenyataannya tidak. Dari hasil pengamatan didapati bahwa profil kecepatan bintang di bagian luar galaksi konstan.
Nah, dari sinilah semakin diyakini bahwa terdapat suatu materi yang menahan bintang-bintang di bagian luar galaksi supaya mereka mampu bergerak dengan kecepatan konstan.
Materi gelap ini seperti lem yang merekatkan bintang-bintang di dalam galaksi. Jika materi gelap tidak ada, maka bintang-bintang sudah tercerai berai dan tidak akan ada bentuk galaksi ajek seperti yang biasa kita lihat sekarang. Namun materi gelap bukan hanya berperan penting dalam skala galaksi. Dalam sejarah pembentukan Alam Semesta, materi gelap ini ibarat bibit yang kemudian menjadi tempat tumbuh dan berkembangnya struktur Alam Semesta seperti saat ini.
Jumlah materi gelap pun tidak sedikit. Bahkan jauh lebih banyak dibandingkan dengan materi yang sudah kita ketahui saat ini. Tentang berapa besar porsi materi gelap di Alam Semesta sudah gue singgung sebelumnya.
Meski diyakini ada, bagaimana materi gelap terdistribusi dalam galaksi masih menjadi tanda tanya besar. Di pusat galaksi kita diyakini terdapat lubang hitam. Sedangkan di piringan galaksi terdapat bintang, debu, gas, seperti yang sudah gue jelaskan sebelumnya. Singkatnya, densitas materi di dalam galaksi semakin berkurang dari pusat hingga ke radius akhir. Alhasil para ilmuwan mengalokasikan materi gelap ke dalam komponen imajiner yang dinamakan sebagai dark matter halo.
Gue sebut sebagai komponen imajiner karena dark matter halo ini tidak bisa terdeteksi secara pengamatan baik dalam panjang gelombang manapun. Komponen ini dibuat supaya bisa menjelaskan kurva rotasi datar yang didapat dari pengamatan. Bentuknya yang bulat pun (seperti dalam gambar di atas) merupakan hasil perhitungan matematis. Belum ada yang bisa memecahkan bagaimana bentuk dark matter halo yang sesungguhnya.
Nah, apa yang gue lakukan dengan thesis gue? Misi dari thesis gue adalah mengetahui distribusi materi gelap di galaksi piringan kerdil (dwarf disc galaxy) dengan suatu metode komputasi.