Ada yang aneh di pusat galaksi Bima Sakti.

Selama puluhan tahun, para astronom dibikin garuk-garuk kepala oleh populasi partikel antimateri atau positron yang luar biasa banyak. Partikel ini bertabrakan dengan elektron, lalu saling memusnahkan dan menghasilkan kilatan sinar gamma di sekitar pusat galaksi kita.

Masalahnya, sumber astrofisika yang kita kenal nggak sanggup menjelaskan jumlah positron yang tampaknya diproduksi Bima Sakti. Sekarang, sepasang fisikawan justru melaporkan bukti yang bisa bikin teka-teki ini makin runyam.

Menurut makalah baru dari Thomas Siegert (Julius Maximilian University of Würzburg, Jerman) dan Hiroki Yoneda (Kyoto University, Jepang), tanda-tanda khas pemusnahan materi-antimateri mungkin terdeteksi di luar Bima Sakti untuk pertama kalinya.

Setidaknya satu lokasi menunjukkan bahwa sejumlah positron mungkin kabur jauh melampaui cakram Bima Sakti sebelum akhirnya musnah. Kalau benar, artinya Bima Sakti memproduksi antimateri jauh lebih banyak dari perkiraan sebelumnya.

“Ini akan menjadi deteksi pertama pemusnahan positron di luar galaksi,” kata Siegert kepada ScienceAlert. “Itu artinya, kandungan positron di Bima Sakti jauh lebih besar daripada yang terlihat dari ‘dalam’ selama ini.”

Positron adalah pasangan antimateri dari elektron—massanya sama, spin-nya sama, tapi muatan listriknya berlawanan. Saat positron bertemu elektron, keduanya musnah dan melepaskan semburan sinar gamma dengan energi khas 511 kiloelektronvolt (keV).

Para astronom sudah memetakan emisi ini di Bima Sakti selama puluhan tahun buat mencari titik-titik panas pemusnahan positron. Tapi dari situ muncul teka-teki membingungkan: jumlah positron yang musnah kelihatannya jauh lebih banyak daripada yang bisa dijelaskan oleh sumber astrofisika biasa.

Bahkan setelah memperhitungkan positron dari isotop radioaktif hasil ledakan bintang, lubang hitam, bintang neutron, dan objek energik lainnya, sinyal pemusnahan yang terdeteksi tetap belum bisa dijelaskan sepenuhnya.

Teleskop luar angkasa INTEGRAL milik Badan Antariksa Eropa (ESA) menghabiskan lebih dari 20 tahun mengamati langit sinar gamma, dari tahun 2002 hingga misinya berakhir pada 2025. Siegert dan Yoneda menganalisis seluruh data INTEGRAL untuk menyusun peta emisi 511 keV paling detail di Bima Sakti, sampai mereka melihat sesuatu yang janggal.

“Kami coba cari tahu apa yang mungkin salah di sini,” jelas Siegert. “Misalnya, kami membagi kumpulan data jadi interval 3 tahunan, lalu membandingkan gambar-gambar yang dihasilkan satu sama lain. Setelah itu, kami susun gambar secara kumulatif—gabungkan data 3 tahun, 6 tahun, 9 tahun, dan seterusnya. Sinyalnya selalu muncul dan malah makin jelas seiring bertambahnya waktu. Ini bukan sesuatu yang kamu harapkan dari gangguan instrumen yang sistematis.”

Sinyal paling meyakinkan tampaknya datang dari Complex C, awan gas hidrogen raksasa yang sedang jatuh menuju cakram Bima Sakti.

Sinyal samar lainnya terdeteksi dari Magellanic Stream, pita gas yang mengikuti di belakang Awan Magellan Besar dan Kecil saat keduanya mengorbit Bima Sakti.

Kedua wilayah itu seharusnya nggak menghasilkan banyak positron sendiri. Jadi, partikel ini kemungkinan sudah berkelana jauh sebelum musnah. Para penulis menduga positron-positron itu mungkin kabur dari Bima Sakti—tapi ini menghadirkan teka-teki baru.

“Supaya positron bisa musnah secara efisien, mereka harus dalam kondisi sangat lambat. Gagasan umum bahwa antimateri meledak-ledak menghancurkan materi di mana-mana nggak terjadi di luar angkasa. Nah, kalau positron harus lambat dulu supaya musnah, mestinya mereka nggak akan bisa kabur dari Bima Sakti,” papar Siegert. “Itu artinya, ada sebagian positron berenergi lebih tinggi yang kabur dari Bima Sakti, lalu melambat di gas Magellanic Stream. Pelarian itu sebenarnya di luar dugaan.”

Kalau interpretasi data ini benar, maka salah satu misteri antimateri paling awet di astronomi mungkin baru saja bertambah dalam.

Para astronom memperkirakan produksi positron Bima Sakti dengan mengamati di mana mereka musnah. Jika sebagian positron kabur dari galaksi sebelum melambat dan musnah, artinya produksi positron galaksi sesungguhnya jauh lebih tinggi dari perkiraan saat ini. Siegert dan Yoneda memperkirakan Bima Sakti mungkin menghasilkan 100 tresdesiliun (10⁴²) positron per detik, 2–3 kali lipat dari perkiraan lain.

“Perambatannya memang menarik, tapi menurutku asal-usul positron yang akhirnya musnah itu malah lebih aneh,” kata Siegert. “Kita sudah punya masalah menjelaskan jumlah positron di Bima Sakti. Kalau ternyata jumlahnya lebih besar lagi, kita mulai kehabisan sumber astrofisika konvensional untuk menjelaskannya.”

Deteksi ini masih mengandung ketidakpastian yang wajar. Sinyal terkuat mencapai 4 sigma, artinya ada peluang sekitar 1 dari 15.000 bahwa sinyal itu cuma fluktuasi statistik. Dunia fisika biasanya mensyaratkan kepastian 5 sigma untuk mengklaim sebuah penemuan.

Siegert yakin sinyal pemusnahan betulan ada, tapi menurutnya observasi di masa depan tetap diperlukan untuk memastikan apakah kekuatan sinyal sudah diukur dengan benar.

Terkait: Penemuan Besar Antimateri Mungkin Bantu Pecahkan Misteri Keberadaan Alam Semesta

Observasi mendatang memakai Compton Spectrometer and Imager (COSI) milik NASA, yang rencananya meluncur tahun 2027, diharapkan bisa memastikan apakah sinyal-sinyal pemusnahan redup ini—yang Siegert dan Yoneda sebut “petunjuk menggiurkan”—benar-benar asli, sekaligus membantu melacak dari mana positron Bima Sakti berasal.

Kalau terkonfirmasi, temuan ini bakal memperdalam salah satu misteri antimateri tertua di astronomi, mendorong penjelasan astrofisika konvensional makin ke batas kemampuannya.

“Pada titik tertentu, kita mungkin perlu memperkenalkan model materi gelap non-konvensional untuk mendapatkan jumlah positron sebanyak ini, misalnya partikel materi gelap ringan,” tutup Siegert.

Penelitian ini telah dipublikasikan di Astronomy & Astrophysics.