Pulsar dapat memberi daya pada sinar kosmik dengan energi tertinggi yang diketahui di alam semesta

Sisa-sisa berangin dan kacau di sekitar bintang yang baru saja meledak mungkin meluncurkan partikel tercepat di alam semesta.

Bintang neutron yang sangat magnetis yang dikenal sebagai pulsar menghasilkan angin magnet yang cepat dan kuat. Ketika partikel bermuatan, khususnya elektron, terperangkap dalam kondisi turbulen itu, mereka dapat didorong ke energi yang ekstrem, astrofisikawan melaporkan 28 April di Surat Jurnal Astrofisika. Terlebih lagi, elektron zippy itu kemudian dapat terus meningkatkan beberapa cahaya sekitar ke energi yang sama ekstremnya, mungkin menciptakan foton sinar gamma berenergi sangat tinggi yang membuat para astronom mendeteksi peluncur partikel ini sejak awal.

“Ini adalah langkah pertama dalam mengeksplorasi hubungan antara pulsar dan emisi energi ultra tinggi,” kata astrofisikawan Ke Fang dari University of Wisconsin, Madison, yang tidak terlibat dalam penelitian baru ini.

Tahun lalu, para peneliti dari Large High Altitude Air Shower Observatory, atau LHAASO, di China mengumumkan penemuan sinar gamma berenergi tertinggi yang pernah terdeteksi, hingga 1,4 kuadriliun elektron volt (SN: 2/2/21). Itu kira-kira 100 kali lebih energik dari energi tertinggi yang dapat dicapai dengan akselerator partikel utama dunia, Large Hadron Collider di dekat Jenewa. Mengidentifikasi apa yang menyebabkan ini dan sinar gamma berenergi sangat tinggi lainnya dapat menunjukkan, secara harfiah, ke lokasi sinar kosmik — proton yang bersemangat, inti atom yang lebih berat, dan elektron yang membombardir Bumi dari lokasi di luar tata surya kita.

Beberapa sinar gamma diperkirakan berasal dari lingkungan yang sama dengan sinar kosmik. Salah satu cara mereka diproduksi adalah sinar kosmik, tak lama setelah diluncurkan, dapat menabrak foton ambien berenergi relatif rendah, meningkatkannya menjadi sinar gamma berenergi tinggi. Tapi sinar kosmik bermuatan listrik diterpa medan magnet galaksi, yang berarti mereka tidak bergerak dalam garis lurus, sehingga mempersulit upaya untuk melacak partikel zippy kembali ke sumbernya. Sinar gamma, bagaimanapun, tahan terhadap medan magnet, sehingga astrofisikawan dapat melacak jalur tak tergoyahkan mereka kembali ke asal-usul mereka – dan mencari tahu di mana sinar kosmik diciptakan.

Untuk itu, tim LHAASO menelusuri ratusan foton sinar gamma yang terdeteksi hingga 12 titik di langit. Sementara tim mengidentifikasi satu tempat sebagai Nebula Kepiting, sisa supernova sekitar 6.500 tahun cahaya dari Bumi, para peneliti menyarankan bahwa sisanya dapat dikaitkan dengan situs ledakan bintang lain atau bahkan gugus bintang masif muda (SN: 24/6/19).

Dalam studi baru, astrofisikawan Emma de Oña Wilhelmi dan rekannya memusatkan perhatian pada salah satu titik asal yang mungkin: nebula angin pulsar, awan turbulensi, dan partikel bermuatan yang mengelilingi pulsar. Para peneliti tidak yakin bahwa tempat-tempat seperti itu dapat menciptakan partikel dan cahaya berenergi tinggi, jadi mereka menunjukkan melalui perhitungan bahwa nebula angin pulsar bukanlah sumber sinar gamma yang ekstrem. “Tetapi yang mengejutkan kami, kami melihat pada kondisi yang sangat ekstrem, Anda dapat menjelaskan semua sumber [that LHAASO saw],” kata de Oña Wilhelmi, dari Sinkronisasi Elektron Jerman di Hamburg.

Pulsar muda di jantung nebula ini — tidak lebih dari 200.000 tahun — dapat memberikan semua keuletan itu karena medan magnetnya yang sangat kuat, yang menciptakan gelembung magnet turbulen yang disebut magnetosfer.

Setiap partikel bermuatan yang bergerak dalam medan magnet yang kuat akan dipercepat, kata de Oña Wilhelmi. Begitulah cara Large Hadron Collider meningkatkan partikel ke energi ekstrim (SN: 22/4/22). Namun, akselerator bertenaga pulsar dapat meningkatkan partikel ke energi yang lebih tinggi, tim menghitung. Itu karena elektron lolos dari magnetosfer pulsar dan bertemu dengan materi dan medan magnet dari ledakan bintang yang menciptakan pulsar. Medan magnet ini selanjutnya dapat mempercepat elektron ke energi yang lebih tinggi, tim menemukan, dan jika elektron tersebut menabrak foton sekitar, mereka dapat meningkatkan partikel cahaya tersebut menjadi energi ultratinggi, mengubahnya menjadi sinar gamma.

“Pulsar jelas merupakan akselerator yang sangat kuat,” kata Fang, dengan “beberapa tempat di mana percepatan partikel dapat terjadi.”

Dan itu bisa menyebabkan sedikit kebingungan. Teleskop sinar gamma memiliki penglihatan yang cukup kabur. Misalnya, LHASSO hanya dapat melihat detail sekecil sekitar setengah ukuran bulan purnama. Jadi sumber sinar gamma yang dideteksi teleskop terlihat seperti gumpalan atau gelembung, kata de Oña Wilhelmi. Mungkin ada beberapa sumber energik di dalam gumpalan itu, yang belum terpecahkan oleh observatorium saat ini.

“Dengan resolusi sudut yang lebih baik dan sensitivitas yang lebih baik, kita harus dapat mengidentifikasi apa [and] di mana akseleratornya,” katanya. Beberapa observatorium di masa depan — seperti Cherenkov Telescope Array dan Southern Wide-field Gamma-ray Observatory — dapat membantu, tetapi mereka harus menunggu beberapa tahun lagi.

BACA JUGA :  Beberapa hamster sangat rentan terhadap COVID-19

Leave a Reply

Your email address will not be published.