

Ilustrasi mengonsep ledakan radio cepat yang terang dan misterius dari galaksi yang jauh. (© Korn – stock.adobe.com)
CAMBRIDGE, Massa.— Setiap hari, beberapa kali sehari, ledakan besar gelombang radio meledak dari penjuru alam semesta, masing-masing membawa lebih banyak energi daripada yang dihasilkan matahari kita dalam sebulan. Meskipun ribuan semburan radio cepat ini telah terdeteksi, asal usulnya masih sulit dipahami – hingga saat ini, berkat pendekatan inovatif yang menggunakan distorsi alam semesta sebagai kaca pembesar.
Kembang api kosmik ini, yang dikenal sebagai fast radio bursts (FRBs), dapat mengungguli seluruh galaksi dalam waktu singkat meskipun hanya berlangsung seperseribu detik. Sejak penemuannya pada tahun 2007, para astronom telah mendeteksinya di mana saja, mulai dari galaksi kita hingga sejauh 8 miliar tahun cahaya. Asal muasalnya telah memicu perdebatan sengit di komunitas ilmiah.
Kini, tim internasional yang dipimpin oleh peneliti MIT telah menemukan bukti kuat tentang asal muasal ledakan tersebut dengan mempelajari ledakan yang dijuluki “20221022A”, yang terletak di galaksi sekitar 200 juta tahun cahaya dari Bumi. Karya detektif mereka, diterbitkan di jurnal Alam, mengandalkan fenomena yang disebut kilau—efek yang sama yang membuat bintang tampak berkelap-kelip di langit malam.
Sama seperti atmosfer bumi yang menyebabkan cahaya bintang berkedip, awan elektron di ruang angkasa menyebabkan gelombang radio berhamburan dan saling mengganggu, sehingga menciptakan pola sinyal yang berbeda hingga mencapai teleskop kita. Semakin kecil atau semakin jauh suatu benda, semakin “berkelap-kelip”. Dengan menganalisis pola kerlap-kerlip ini, para astronom dapat menentukan ukuran dan lokasi sumber ledakan, mirip dengan bagaimana seorang astronom menyimpulkan sifat-sifat bintang dari kilauannya.
Para peneliti mendeteksi dua skala berbeda dari hamburan gelombang radio FRB 20221022A: satu disebabkan oleh material di galaksi Bima Sakti kita, dan satu lagi disebabkan oleh materi di dekat sumber ledakan. Melalui analisis yang cermat, mereka menentukan bahwa wilayah emisi haruslah sangat padat – kira-kira lebarnya 10.000 kilometer, kurang dari jarak antara New York dan Singapura.


“Dalam lingkungan bintang neutron ini, medan magnet benar-benar berada pada batas yang dapat dihasilkan alam semesta,” jelas penulis utama Kenzie Nimmo, seorang postdoc di Institut Kavli untuk Penelitian Astrofisika dan Luar Angkasa MIT, dalam sebuah pernyataan. “Ada banyak perdebatan mengenai apakah emisi radio terang ini bisa lepas dari plasma ekstrem tersebut.”
Ukuran kompak ini menantang teori yang menyatakan bahwa FRB diproduksi jauh dari objek sumbernya. Model seperti itu biasanya memperkirakan ledakan radio cepat akan terjadi pada jarak puluhan juta kilometer. Sebaliknya, hasil penelitian ini sangat mendukung gagasan bahwa FRB dihasilkan di dalam atau di luar magnetosfer, yaitu wilayah yang didominasi oleh medan magnet kuat bintang neutron.
Lingkungan di sekitar bintang neutron bermagnet tinggi, yang dikenal sebagai magnetar, sangat ekstrem sehingga atom tidak dapat hidup – atom akan terkoyak oleh medan magnet yang kuat. “Hal yang menarik di sini adalah, kami menemukan bahwa energi yang tersimpan di medan magnet tersebut, dekat dengan sumbernya, berputar dan terkonfigurasi ulang sedemikian rupa sehingga dapat dilepaskan sebagai gelombang radio yang dapat kita lihat di separuh alam semesta,” kata Kiyoshi Masui. profesor fisika di MIT.


(Kredit gambar: NASA/JPL-Caltech)
Melakukan pengukuran ini memerlukan ketelitian yang luar biasa dan teknik analisis yang canggih. Tim tersebut menggunakan Eksperimen Pemetaan Intensitas Hidrogen Kanada (CHIME), yang terdiri dari empat penerima besar berbentuk setengah pipa stasioner yang disetel untuk mendeteksi emisi radio dalam rentang frekuensi yang sangat sensitif terhadap semburan radio cepat. Sejak tahun 2020, CHIME telah mendeteksi ribuan FRB dalam rentang deteksi optimal ini, dengan beberapa penemuan baru setiap harinya.
Penelitian ini menunjukkan bagaimana kilau astronomi, yang sering dianggap sebagai gangguan yang mengaburkan pandangan kita tentang kosmos, sebenarnya dapat berfungsi sebagai alat yang ampuh untuk menyelidiki sifat fisika dari peristiwa-peristiwa misterius ini. Ketepatan yang dicapai sungguh luar biasa. Seperti yang dicatat oleh Masui, “Memperbesar wilayah 10.000 kilometer, dari jarak 200 juta tahun cahaya, seperti mengukur lebar heliks DNA, yang lebarnya sekitar 2 nanometer, di permukaan Bulan. ”
Dari wilayah yang lebarnya hanya 10.000 kilometer yang mengelilingi bintang neutron jauh, melintasi ruang antargalaksi yang berjarak 200 juta tahun cahaya, hingga detektor canggih teleskop CHIME, perjalanan gelombang radio ini (dan pemahaman kita tentangnya) menunjukkan sejauh mana kemajuan astronomi. datang. Ketika kita terus mendeteksi beberapa ledakan setiap hari, setiap kilatan memberikan bukti baru tentang bagaimana medan magnet yang kuat di magnetosfer bintang neutron dapat menghasilkan ledakan radio paling spektakuler di alam semesta.
Ringkasan Makalah
Metodologi
Para peneliti menganalisis data dari teleskop CHIME, dengan fokus pada bagaimana sinyal radio dari FRB 20221022A tersebar pada frekuensi yang berbeda. Mereka menggunakan teknik pemrosesan sinyal yang canggih untuk mengukur dua pola kilau yang berbeda dalam spektrum ledakan. Dengan mempelajari bagaimana pola-pola ini bervariasi pada rentang frekuensi CHIME (400-800 MHz), mereka dapat menentukan sifat material hamburan dan pada akhirnya membatasi ukuran wilayah emisi.
Hasil
Temuan utamanya adalah deteksi dua pola kilau dengan skala frekuensi karakteristik 6 kHz dan 124 kHz pada 600 MHz. Cara pola-pola ini berevolusi dengan frekuensi menunjukkan bahwa pola-pola tersebut berasal dari Bima Sakti sementara pola lainnya berasal dari dekat sumber ledakan. Dikombinasikan dengan jarak ledakan yang diketahui dan parameter lainnya, hal ini memungkinkan mereka menghitung bahwa wilayah emisi harus lebih kecil dari 30.000 km.
Keterbatasan
Studi ini mengandalkan model kerapatan elektron di Bima Sakti yang memiliki ketidakpastian signifikan, terutama untuk garis pandang yang jauh dari bidang galaksi. Para peneliti juga harus membuat beberapa asumsi tentang geometri dan sifat material hamburan. Selain itu, meskipun mereka mengesampingkan beberapa skenario emisi, mereka tidak dapat menentukan secara pasti mekanisme pasti yang menyebabkan ledakan tersebut.
Diskusi dan Kesimpulan
Hasilnya sangat mendukung model di mana FRB diproduksi di dalam atau di luar magnetosfer bintang neutron, dibandingkan pada jarak yang jauh lebih jauh. Hal ini sejalan dengan sifat ledakan lainnya yang diamati dan membantu mempersempit kemungkinan mekanisme fisik yang dapat menghasilkan kilatan radio yang begitu kuat. Studi ini juga menunjukkan bagaimana analisis sintilasi dapat menjadi alat yang ampuh untuk mempelajari FRB dan materi antar galaksi.
Pendanaan dan Pengungkapan
Penelitian tersebut melibatkan ilmuwan dari berbagai institusi di seluruh dunia dan didukung oleh berbagai sumber pendanaan, termasuk NASA, National Science Foundation, dan beberapa organisasi penelitian internasional. Para penulis menyatakan tidak ada kepentingan finansial yang bersaing. Teleskop CHIME sebagian didanai oleh hibah dari Canada Foundation for Innovation.