Sebuah studi awal energi gelap menggunakan eROSITA menunjukkan bahwa ia tersebar secara merata melintasi ruang dan waktu.

Pengamatan Edwin Hubble terhadap galaksi-galaksi jauh pada tahun 1920-an menghasilkan kesimpulan terobosan bahwa alam semesta kita mengembang. Namun, baru pada tahun 1998, para ilmuwan yang mempelajari supernova Tipe Ia membuat penemuan yang mengejutkan. Dan mereka menemukan bahwa tidak hanya alam semesta yang berkembang, tetapi perluasannya juga semakin cepat.

“Untuk menjelaskan percepatan ini, kita memerlukan sumber,” kata Joe Mohr, astrofisikawan di LMU. “Kami menyebut sumber ini sebagai ‘energi gelap’, yang memberikan semacam ‘anti-gravitasi’ untuk mempercepat ekspansi kosmik.”

Secara ilmiah, keberadaan energi gelap dan percepatan kosmik merupakan kejutan, dan ini menunjukkan bahwa pemahaman kita tentang fisika saat ini tidak lengkap atau salah. Signifikansi ekspansi eksponensial ditekankan pada tahun 2011 ketika penemunya dianugerahi Hadiah Nobel Fisika.

“Sementara itu, sifat energi gelap telah menjadi masalah pemenang Hadiah Nobel berikutnya,” kata Mohr.

I-Non Chiu dari Universitas Nasional Cheng Kung di Taiwan, bekerja sama dengan astrofisikawan LMU Matthias Klein, Sebastien Bouquet dan Joe Mohr, kini telah menerbitkan studi pertama tentang energi gelap menggunakan teleskop sinar-X eROSITA, yang berfokus pada gugus galaksi.

Antigravitasi yang akan ditimbulkan oleh energi gelap mendorong objek menjauh satu sama lain dan menghentikan pembentukan benda kosmik besar yang akan terbentuk karena gaya gravitasi yang menarik. Dengan demikian, energi gelap memengaruhi di mana dan bagaimana objek terbesar di alam semesta terbentuk — gugusan galaksi dengan massa total mulai dari 1013 hingga 1015 massa matahari.

“Kita bisa belajar banyak tentang sifat energi gelap dengan menghitung jumlah gugus galaksi yang terbentuk di alam semesta sebagai fungsi waktu – atau di alam semesta teramati sebagai fungsi pergeseran merah,” jelas Klein.

Namun, gugus galaksi sangat langka dan sulit ditemukan, membutuhkan pemindaian sebagian besar langit dengan teleskop paling sensitif di dunia. Untuk itu, teleskop ruang angkasa sinar-X eROSITA—sebuah proyek yang dipimpin oleh Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) di Munich—diluncurkan pada 2019 untuk memindai langit guna mencari gugus galaksi.

Dalam eROSITA Final Tropical Depth Survey (eFEDS), sebuah survei kecil yang dirancang untuk memverifikasi kinerja All-Sky Subsequent Survey, ditemukan sekitar 500 gugus galaksi. Ini mewakili salah satu sampel terbesar dari gugus galaksi bermassa rendah hingga saat ini dan mencakup 10 miliar tahun terakhir evolusi kosmik.

Untuk studi mereka, Chiu dan rekannya menggunakan kumpulan data tambahan di atas data eFEDS—data fotometrik dari program strategis Hyper Suprime-Cam Subaru, yang dipimpin oleh komunitas astronomi di Jepang dan Taiwan, dan[{” attribute=””>Princeton University.

The former LMU doctoral researcher I-Non Chiu and his LMU colleagues used this data to characterize the galaxy clusters in eFEDS and measure their masses using the process of weak gravitational lensing. The combination of the two datasets enabled the first cosmological study using galaxy clusters detected by eROSITA.

Their results show that, through comparison between the data and theoretical predictions, dark energy makes up around 76% of the total energy density in the universe. Moreover, the calculations indicated that the energy density of dark energy appears to be uniform in space and constant in time.

“Our results also agree well with other independent approaches, such as previous galaxy cluster studies as well as those using weak gravitational lensing and the cosmic microwave background,” says Bocquet. So far, all pieces of observational evidence, including the latest results from eFEDS, suggest that dark energy can be described by a simple constant, usually referred to as the ‘cosmological constant.’

“Although the current errors on the dark energy constraints are still larger than we would wish, this research employs a sample from eFEDS that after all occupies an area less than 1% of the full sky,” says Mohr. This first analysis has thus laid a solid foundation for future studies of the full-sky eROSITA sample as well as other cluster samples.

Reference: “Cosmological constraints from galaxy clusters and groups in the eROSITA final equatorial depth survey” by I-Non Chiu, Matthias Klein, Joseph Mohr and Sebastian Bocquet, 21 April 2023, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stad957