Aliran bintang adalah sekelompok bintang yang bergerak bersama dalam jalur yang sama di galaksi. Salah satu aliran bintang yang paling terkenal di galaksi Bima Sakti adalah GD-1. Aliran ini dikenal karena bentuknya yang panjang dan tipis serta memiliki ciri khas unik seperti celah (gap) dan percabangan (spur). Namun, asal mula dari struktur aneh ini telah menjadi misteri bagi para astronom selama bertahun-tahun.
Dalam penelitian terbaru yang diterbitkan di The Astrophysical Journal Letters, sekelompok fisikawan dari University of California, Riverside, yang dipimpin oleh Hai-Bo Yu, mengusulkan bahwa fenomena unik di GD-1 mungkin disebabkan oleh interaksi dengan materi gelap yang berinteraksi sendiri (Self-Interacting Dark Matter atau SIDM). Hipotesis ini dapat memberikan wawasan baru tentang sifat materi gelap di alam semesta.
Apa Itu Materi Gelap?
Materi gelap adalah jenis materi yang tidak dapat diamati secara langsung karena tidak memancarkan atau memantulkan cahaya. Namun, kehadirannya diketahui melalui efek gravitasi yang ditimbulkannya pada benda langit lain. Diperkirakan bahwa sekitar 85% dari seluruh materi di alam semesta adalah materi gelap. Model standar materi gelap yang disebut Cold Dark Matter (CDM) mengasumsikan bahwa partikel materi gelap tidak saling bertabrakan. Namun, teori SIDM mengusulkan bahwa partikel materi gelap dapat berinteraksi satu sama lain melalui gaya baru yang belum diketahui.
Misteri Celah dan Percabangan di GD-1
Dalam aliran bintang seperti GD-1, celah mengacu pada area di mana terdapat lebih sedikit bintang dibandingkan dengan bagian lainnya, sedangkan percabangan adalah area dengan lebih banyak bintang yang menyebar keluar dari aliran utama. Biasanya, interaksi gravitasi dengan gugus bola (globular cluster) atau galaksi satelit Bima Sakti dapat menyebabkan struktur seperti ini. Namun, dalam kasus GD-1, tidak ada objek yang diketahui yang cukup padat untuk menjelaskan fitur-fitur ini.
Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa objek yang menyebabkan gangguan di GD-1 harus memiliki kepadatan yang jauh lebih tinggi daripada yang diprediksi oleh model standar materi gelap CDM. Oleh karena itu, para peneliti dalam studi ini menyelidiki apakah gangguan ini dapat dijelaskan oleh keberadaan subhalo SIDM yang sedang runtuh gravitasi (core-collapsing subhalo).
Baca juga: Ternyata Galaksi Bimasakti Telah Melahap 11 Galaksi di Sekitarnya
Simulasi dan Temuan
Para ilmuwan menggunakan simulasi berbasis komputer yang disebut N-body simulations untuk memodelkan bagaimana subhalo SIDM yang mengalami kolaps dapat mempengaruhi aliran bintang GD-1. Simulasi menunjukkan bahwa ketika sebuah subhalo SIDM mengalami runtuh gravitasi, ia dapat menjadi jauh lebih padat dibandingkan dengan subhalo CDM biasa. Dengan kepadatan yang lebih tinggi ini, subhalo SIDM mampu menghasilkan gangguan gravitasi yang cukup kuat untuk menciptakan celah dan percabangan di aliran bintang.
Selain itu, mereka menemukan bahwa subhalo SIDM dengan massa sekitar 3 × 10⁸ massa Matahari dapat mengalami kolaps gravitasi dalam rentang waktu 3 hingga 6 miliar tahun. Pada tahap akhir, kepadatan di inti subhalo ini meningkat lebih dari 10 kali lipat dibandingkan dengan subhalo CDM biasa. Kepadatan tinggi ini cukup untuk menyebabkan gangguan seperti yang diamati di GD-1.
Implikasi bagi Studi Materi Gelap
Hasil penelitian ini sangat penting karena menunjukkan bahwa aliran bintang seperti GD-1 dapat digunakan sebagai alat untuk menyelidiki sifat materi gelap. Jika model SIDM terbukti benar, maka ini akan mengubah pemahaman kita tentang bagaimana materi gelap berinteraksi dalam skala galaksi. Lebih jauh lagi, studi ini dapat membantu astronom mengidentifikasi karakteristik lain dari materi gelap yang sebelumnya belum diketahui.
Selain itu, penelitian ini menunjukkan bahwa subhalo SIDM yang mengalami kolaps gravitasi dapat memiliki kepadatan yang mendekati beberapa gugus bola. Ini berarti bahwa membedakan antara subhalo materi gelap dan gugus bola dalam pengamatan astronomi bisa menjadi tantangan tersendiri. Oleh karena itu, diperlukan lebih banyak penelitian untuk menentukan apakah gangguan di GD-1 benar-benar disebabkan oleh subhalo materi gelap atau oleh objek bintang lain yang belum terdeteksi.
Kesimpulan
Penelitian ini memberikan bukti bahwa struktur unik di aliran bintang GD-1 dapat dijelaskan oleh keberadaan subhalo materi gelap yang mengalami kolaps gravitasi. Ini memberikan wawasan baru tentang sifat materi gelap yang berinteraksi sendiri dan membuka jalan bagi studi lebih lanjut menggunakan aliran bintang sebagai alat untuk memahami materi gelap.
Dengan berkembangnya teknologi observasi, penelitian di masa depan dapat membantu mengonfirmasi keberadaan subhalo SIDM ini dan memperbaiki pemodelan teori materi gelap. Jika hipotesis ini terbukti benar, maka kita akan semakin dekat untuk mengungkap salah satu misteri terbesar di alam semesta: sifat sejati dari materi gelap.
Referensi:
[1] https://news.ucr.edu/articles/2025/01/06/physicists-explain-stellar-streams-distinctive-features-0, diakses pada 11 Februari 2025.
[2] Xingyu Zhang, Hai-Bo Yu, Daneng Yang, Ethan O. Nadler. The GD-1 Stellar Stream Perturber as a Core-collapsed Self-interacting Dark Matter Halo. The Astrophysical Journal Letters, 2025; 978 (2): L23 DOI: 10.3847/2041-8213/ada02b
