Penemuan ilmiah baru mengguncang dunia astrofisika dengan menghidupkan kembali kemungkinan bahwa materi gelap, sebuah zat misterius dan tak kasat mata, bertanggung jawab atas emisi sinar gamma yang berlebihan di jantung Bima Sakti. Sebuah tim peneliti internasional, termasuk ilmuwan dari Universitas Wina, menggunakan pembelajaran mesin untuk memeriksa kembali data penting, menantang kesimpulan sebelumnya yang mengesampingkan hipotesis ini. Studi yang dirinci dalam jurnal akademis “Physical Review Letters” ini membawa kehidupan baru dalam perdebatan tentang komposisi alam semesta kita.
Misteri kelebihan sinar gamma di pusat galaksi
Selama bertahun-tahun, para astronom telah mengamati konsentrasi sinar gamma berbentuk bola, yang disebut GCE (Galactic Center Excess), di wilayah tengah Bima Sakti. Asal usul radiasi ini telah menjadi bahan perdebatan sengit, dengan dua teori utama yang saling bertentangan. Ada yang berpendapat bahwa GCE adalah hasil pemusnahan partikel materi gelap, sedangkan ada yang berpendapat bahwa fenomena tersebut disebabkan oleh banyak sekali benda langit kompak, seperti pulsar milidetik. Sampai saat ini, analisis statistik cenderung mendukung penjelasan pulsar.
Materi gelap, yang diperkirakan lima hingga enam kali lebih melimpah dibandingkan materi biasa di alam semesta, masih menjadi salah satu teka-teki terbesar dalam sains, mengingat materi gelap tidak dapat dideteksi melalui gelombang elektromagnetik. Memahami sifat dan interaksinya dapat merevolusi pandangan kita tentang kosmos.
Pembelajaran mesin mengungkap pola dalam sinar gamma
Tim peneliti yang dipimpin oleh Florian List dari Universitas Wina dan Nick Rodd dari Lawrence Berkeley National Laboratory, memperkenalkan pendekatan inovatif untuk menyelidiki sumber sinar gamma. Mereka berpendapat bahwa metodologi konvensional tidak sepenuhnya mengeksploitasi informasi energik dari masing-masing foton.
- Untuk mengatasi keterbatasan ini, para ilmuwan:
- Mereka melatih model pembelajaran mesin (jaringan saraf) menggunakan lebih dari satu juta titik data simulasi.
- Mereka secara bersamaan mengevaluasi informasi spasial dan spektral sinar gamma, termasuk distribusi intensitas berdasarkan panjang gelombang.
Analisis mendalam ini mengungkapkan bahwa jika GCE benar-benar disebabkan oleh sumber titik, maka pusat Bima Sakti akan memerlukan lebih dari 35.000 sumber yang sangat redup. Jumlah ini jauh melebihi perkiraan sebelumnya yang berkisar antara ratusan hingga ribuan. Menurut Rodd, radiasi yang dipancarkan oleh sejumlah besar sumber titik secara praktis tidak dapat dibedakan dari hamburan yang diharapkan dari pemusnahan materi gelap. Temuan ini mengarahkan tim untuk mempertimbangkan kembali hipotesis materi gelap, dengan menyatakan bahwa “masih terlalu dini untuk mengesampingkannya.”
Studi yang berbeda mengungkap kompleksitas materi gelap
Sedangkan penelitian List et al. menghidupkan kembali perdebatan GCE, sebuah studi paralel, yang diterbitkan pada tahun 2025 oleh Profesor Tomonori Totani dari Universitas Tokyo, menawarkan perspektif yang kontras. Dengan menggunakan data dari satelit Fermi milik NASA, Totani mengidentifikasi komponen emisi mirip halo yang memanjang secara simetris dari pusat Bima Sakti, setelah mengecualikan wilayah dengan kepadatan benda langit yang tinggi.
- Sinar gamma yang diamati oleh Totani memiliki puncak energi sekitar 20 GeV (gigaelectronvolts), konsisten dengan prediksi teoretis untuk pemusnahan partikel materi gelap yang bermassa sekitar 500 GeV. Temuan ini, meskipun juga menunjuk pada materi gelap, menyoroti perbedaan penting:
- Puncak emisi GCE (List et al.):Sekitar 2-3 GeV.
- Puncak emisi Halo (Totani):Sekitar 20 GeV.
Perbedaan urutan besarnya rentang energi ini, ditambah dengan perbedaan asumsi distribusi kepadatan, menunjukkan bahwa radiasi GCE dan halo mungkin memiliki asal usul yang berbeda. Jika kedua fenomena tersebut memang merupakan jejak materi gelap, implikasinya adalah partikel-partikelnya akan memiliki massa dan sifat interaksi yang sangat berbeda (penampang pemusnahan).
Langkah selanjutnya dalam mengungkap rahasia kosmik
Penemuan terbaru, baik yang menguatkan hipotesis materi gelap untuk GCE maupun yang mengungkap fenomena halo dengan karakteristik berbeda, menimbulkan “ketegangan” baru pada pemahaman ilmiah. Secara teoritis, ketegangan ini menimbulkan pertanyaan mendasar bagi astrofisika: apakah salah satu fenomena berasal dari astronomi konvensional dan fenomena lainnya terkait dengan materi gelap? Atau apakah materi gelap bukanlah sebuah entitas tunggal, melainkan sekumpulan partikel dengan sifat yang lebih kompleks dan beragam daripada yang dibayangkan sebelumnya?
Akumulasi lebih banyak data observasi, dikombinasikan dengan verifikasi independen oleh tim peneliti yang berbeda, akan menjadi dasar untuk mengungkap misteri ini. Seiring kemajuan teknologi dan kemampuan analitis yang meningkat, komunitas ilmiah berharap dapat mengambil langkah tegas untuk memahami sifat sebenarnya dari materi gelap, salah satu tantangan dan rahasia terbesar alam semesta.