PENDAR GAMA BIMA SAKTI: SEBUAH SINYAL, ATAU MOMEN YANG SIAL?

Teleskop Area Besar Fermi (Fermi Large Area Telescope) melihat lebih banyak sinar gama berenergi sekitar satu gigaelektronvolt (GeV, satuan energi untuk partikel) yang datang dari sekitar 10 derajat pusat Bima Sakti daripada yang bisa dijelaskan oleh sumber-sumber yang diketahui dan model pendar baur Galaksi. Isabel Sands, dari Kavli Institute for Astrophysics and Space Research di MIT, dan Philip Hopkins, dari TAPIR di Caltech, menyebut asal-usulnya sebagai pertanyaan terbuka selama hampir dua dekade. Sebagian studi melihat “kelebihan pusat galaksi” ini sebagai bukti telak adanya partikel materi gelap yang saling memusnahkan dan berubah menjadi sinar gama. Yang lain menganggapnya berasal dari sumber titik yang tak teresolusi — kerumunan yang terlalu redup untuk dilihat satu per satu — seperti populasi baru pulsar milidetik, bintang mati yang berputar sangat cepat.

Kedua kubu menemui masalah. Sebagian studi mendapati bahwa kelebihan itu mengikuti tonjolan bintang di pusat Galaksi, yang mengarah pada asal astrofisika. Dan pusat Galaksi tampaknya kekurangan sistem bintang yang akan melahirkan pulsar-pulsar yang dibutuhkan.

Galaksi yang membeku dalam waktu

Para penulis menunjuk sebuah kelemahan yang dimiliki hampir semua studi sebelumnya. Untuk meramalkan pendar sinar gama yang “normal”, studi-studi itu mengandalkan kode yang memperlakukan sinar kosmik — partikel bermuatan yang cepat seperti proton, elektron, dan inti yang lebih berat — seolah-olah berada dalam keadaan tunak (steady state), tersebar merata di sekitar sumbu Galaksi. Kode semacam itu tidak bisa mengikuti apa pun yang berubah terhadap waktu: angin galaksi, gas yang terikat pada medan magnet, turbulensi.

Dalam simulasi yang dipakai di sini, sinar kosmik dilontarkan oleh supernova. Sambil menjelajah, mereka menghasilkan sinar gama dengan tiga cara, dua di antaranya bergantung pada seberapa banyak gas yang mereka tabrak. Jika dimodelkan sebagai kabut rata-rata yang tenang, setiap ketidakrataan yang nyata akan tersisa sebagai residu yang tak terjelaskan.

Dua Bima Sakti virtual

Sands dan Hopkins mengambil tiga galaksi simulasi mirip Bima Sakti dari proyek FIRE-2, yang ditumbuhkan sejak alam semesta awal dengan medan magnet, gas, dan beberapa jenis partikel sinar kosmik. Satu di antaranya, m12i, disingkirkan karena piringannya sangat melengkung, tidak seperti piringan kita. Tersisa m12f, dengan piringan yang lebih datar, dan m12m, dengan tonjolan yang lebih menonjol. Tak satu pun memasukkan emisi materi gelap atau pulsar: satu-satunya pendar sinar gama berasal dari sinar kosmik yang dilontarkan supernova.

Untuk tiap galaksi, tim membangun acuan “tenang”: rata-rata dari semua cuplikan (snapshot) — galaksi simulasi yang disimpan pada momen-momen berurutan — yang kecerlangan total sinar gamanya di bawah median. Mereka mengurangkan acuan itu dari setiap cuplikan antara 460 dan 20 juta tahun lalu, lalu mempelajari apa yang tersisa — residunya — dalam radius 10 dan 20 derajat dari pusat.

Seberapa jauh setiap pusat galaksi simulasi menyimpang dari rata-rata tenangnya, menurut energi: pita berwarna mencakup separuh tengah dari semua cuplikan (tiga versi, yang menghitung pendar dari kedalaman berbeda di sepanjang garis pandang kita), dan titik-titik hitam menunjukkan kelebihan yang diukur Fermi, jauh di dalam pita. — Gambar 3, Sands & Hopkins (2026), arXiv:2610.32845.

Tonjolan yang datang dan pergi

Residunya tak pernah diam. Kelebihan selebar 1 derajat hingga lebih dari 10 derajat muncul di mana pun sebuah supernova atau sekelompok supernova baru saja meledak, sering kali jauh lebih besar daripada yang diukur Fermi. Dalam setiap konfigurasi yang diuji, kelebihan yang nyata dengan nyaman berada di dalam separuh tengah residu simulasi (antara persentil ke-25 dan ke-75). Di samping setiap bercak terang biasanya ada bercak redup: ledakan-ledakan itu mendorong gas di sekitarnya menjauh.

Lalu tibalah kasus yang memberi makalah ini maknanya. Dalam satu cuplikan m12f, residunya sebanding dengan kelebihan Fermi baik dalam amplitudo maupun bentuk, dan kira-kira bulat di dalam 10 derajat pusat. Residu itu berasal dari sedikitnya tiga kelompok supernova yang terpisah.

Sepuluh cuplikan galaksi m12f selama 100 juta tahun, diwarnai menurut seberapa lama yang lalu terjadinya: kurva tebal mengikuti dengan dekat kelebihan yang diukur Fermi (titik-titik hitam); yang lain naik turun di setiap energi. — Gambar 5, Sands & Hopkins (2026), arXiv:2610.32845.

Alasannya adalah soal waktu. Di kiloparsek pusat (sekitar 3.260 tahun cahaya), sinar kosmik butuh sekitar satu juta tahun untuk menyebar — kira-kira selama waktu yang dibutuhkan gas di sekitarnya, dan spektrum sinar gama, untuk berubah. Biasanya mereka tak sempat menyebar merata sebelum gangguan berikutnya datang.

Tertangkap pada momen yang sial?

Pusat Bima Sakti adalah satu-satunya pusat galaksi yang bisa diamati Fermi secara rinci. Bisa jadi itu kebetulan belaka, tulis para penulis, bahwa spektrumnya menunjukkan kelebihan 1–10 GeV tepat saat ini. Mereka menyebutnya efek lihat-di-tempat-lain (look-elsewhere effect): kita mungkin menangkap Galaksi kita pada momen yang tidak tepat.

Mereka menawarkan dua tafsiran. Yang hati-hati: dengan mengasumsikan keadaan tunak, analisis-analisis sebelumnya secara signifikan meremehkan ketidakpastian dari sumber-sumber yang sepenuhnya biasa. Yang radikal: kenaikan sementara pendar baur bisa menjelaskan kelebihan itu tanpa materi gelap ataupun pulsar baru. Apa pun tafsirannya, menurut mereka, model-model yang dipakai untuk menganalisis data Fermi harus ditinjau ulang.

Yang tak bisa dikatakan oleh dua galaksi

Makalah ini tidak memberikan probabilitas. Dengan hanya dua galaksi simulasi, para penulis tidak bisa mengukur seberapa sering fisika sinar kosmik biasa menghasilkan sinyal kembaran — sesuatu yang dibutuhkan oleh klaim statistik yang ketat. Galaksi-galaksi mereka membentuk bintang 10 hingga 100 kali lebih cepat di kiloparsek pusat daripada zona pusat Bima Sakti, sehingga mungkin lebih bergolak. Galaksi-galaksi itu tidak memuat lubang hitam pusat dan memakai satu model transpor sinar kosmik di antara beberapa model; model lain kemungkinan malah menambah variasi skala kecil.

Mereka menyebut karya ini bukti konsep (proof of concept), dan mengusulkan sebuah uji. Jika pusat-pusat galaksi lain memiliki kelebihan pada energi lain, hal itu akan sangat mendukung sumber astrofisika yang berubah-ubah. Jika semuanya menunjukkan tonjolan 1–10 GeV yang sama, itu akan menjadi argumen yang meyakinkan untuk materi gelap.