Thread by @tweetsains

Graviti dan jirim gelap (Gravity & Dark Matter)

Galaksi tidak sepatutnya wujud?

Adakah teori graviti Einstein salah?

Ada 5X lebih jirim gelap daripada jirim biasa dalam alam semesta?

Mari kita sentuh topik jirim gelap (dark matter). Tetapi sebelum itu, kita kena faham apakah itu graviti?

Berdasarkan teori Albert Einstein, secara asas graviti adalah daya tarikan yang berlaku apabila fabrik ruang-masa (space-time) melengkung.

Sebelum itu, saya nak beritahu bahawa ruang dan masa tidak boleh diasingkan.

Saya beri contoh, visual dibawah ini menunjukkan bumi atas fabrik ruang-masa, disebabkan lengkungan pada fabrik ini menyebabkan pengembangan masa untuk manusia di bumi dan di angkasa lain.

Dilasi masa graviti (gravitational time dilation) menjelaskan kenapa pengembangan masa berbeza pada pemerhati di bumi dan angkasa lepas.

Berdasarkan teori Einstein, lebih dekat pemerhati dengan sumber graviti (lower gravitational potential), lebih perlahan pengembangan masa.

Oleh itu, lebih lama duduk di angkasa, lebih lambat proses penuaan 👨🏼‍🦳👵🏼

Tetapi saya tak jamin awak hidup lama ya, kat angkasa lepas tu terdedah kepada sinaran kosmik (cosmic rays) yang energetik dan merbahaya.

Apa-apa objek yang berjisim akan melengkung fabrik ruang-masa dan daya tarikan graviti berlaku.

Lebih tinggi jisim, lebih dalam lengkungan, lebih tinggi daya graviti.

Jadi secara teknikal, korang pon ada graviti tau tapi sangat rendah dan boleh diabaikan... di bumi.

Bayangkan korang terdampar luar galaksi.. jauh daripada apa-apa sumber graviti dan letak epal berapa meter depan korang.

Beri masa secukupnya, badan korang dan epal itu akan bersentuh kerana daya graviti wujud di antaranya.

Daya tarikan graviti juga semakin lemah dengan jarak.

Contoh paling senang adalah sistem suria (solar system), semakin jauh planet daripada matahari, semakin lambat planet itu mengorbit matahari. Sebab itulah planet merkuri lebih laju dari bumi.

Jadi sekarang kita dah faham yang apa-apa objek berjisim akan hasilkan graviti kerana lengkungan fabrik ruang-masa.

Berdasarkan idea graviti tadi.. bintang-bintang yang jauh daripada pusat galaksi sepatutnya mengorbit galaksi kita jauh lebih lambat kan macam planet tadi?

Masalahnya, semasa mencerap (observe) galaksi lain.. bintang yang jauh daripada pusat galaksi bergerak pada kelajuan sama/lebih laju berbanding bintang yang lebih dekat dengan pusat galaksi 😱

Macam tak masuk akal kan? 🤔

Inilah data daripada galaksi Messier 33.

Ini adalah simulasi putaran galaksi.

Yang kiri tu apa yang saintis jangkakan, semakin jauh jarak, semakin rendah kelajuan.

Yang kanan tu anggaran simulasi putaran galaksi berdasarkan pemerhatian.

Saintis mencerap banyak galaksi dan setiap satu menunjukkan perkara yang sama.

Jadi ada masalah di sini.. antara

1- Teori graviti salah (perlukan imbas kembali)

atau

2- Ada graviti yang menyebabkan bintang di luar bergerak dengan lebih laju..

Yang kedua itulah mana datangnya konsep jirim gelap (dark matter).

Kenapa namanya jirim gelap?

Daya tarikan graviti terbentuk apabila adanya lengkungan pada fabrik ruang-masa. Apa-apa objek berjisim akan buat fabriknya melengkung dan jisim datang daripada pengumpulan jirim.

Sebab itulah namanya jirim gelap, kita tak nampak, ia tidak berinteraksi dengan jirim baryonic (baryonic matter).

Apakah itu jirim baryonic? Jirim baryonic diperbuat daripada partikel subatomik berat (heavy subatomic particles) dan tiga kuark (quarks) seperti proton & neutron.

Jirim gelap juga tidak berinteraksi dengan cahaya/radiasi elektromagnetik (electromagnetic radiation).

Jadi bayangkan betapa susah nak kaji jirim gelap, tak nak berinteraksi dengan jirim biasa dan cahaya aiyo menyusahkan.

Tetapi saintis tahu ia wujud kerana pergerakan bintang laju, tanpa jirim gelap, kelajuan bintang diluar galaksi sepatutnya melayang ke antara bintang (interstellar space).

Sepatutnya galaksi sekarang tidak wujudlah sebab semua bintang melayang melebihi (escape velocity).

Ini adalah Abell 1689, kluster galaksi jaraknya dalam 2.2 bilion tahun cahaya. Perasan tak dekat tengah gambar, cahayanya nampak pelik?

Ini adalah fenomena lensa graviti (gravitational lensing). Saintis percaya ini menunjukkan kewujudan jirim gelap di antara galaksi tu dan bumi

Gambar ini menunjukkan pengedaran jirim gelap dalam bentuk halo biru sekitar dan luar galaksi untuk Milky Way.

Illustrasi ini menunjukkan betapa banyak jirim gelap dalam galaksi kita sendiri.

Selepas kajian, komposisi alam semesta hanya ada ~5% jirim normal dalam alam semesta, 95% komposisi alam semesta adalah sesuatu yang mata kita tak nampak.

Jirim gelap (27%)
Tenaga gelap (Dark energy) 68%

Ada 5X lebih banyak jirim gelap dalam alam semesta dari jirim biasa.

Sekian saya berhenti di sini untuk topik jirim gelap (dark matter) 😊