Penelitian Baru Mengungkap Asal Usul Fast Radio Bursts Dekat Bintang Neutron

PENELITIAN baru menunjukkan tampilan kembang api di lingkungan bermagnet tinggi dekat beberapa bintang neutron bisa menjadi penyebab ledakan energi, yang cepat dan misterius yang disebut fast radio bursts (FRBs).

Meskipun hubungan ini telah ditarik berkali-kali sebelumnya, hasil ini, yang dipublikasikan pada Rabu (1/1) di jurnal Nature, merupakan hal baru karena menunjukkan FRBs tampaknya berasal dari sangat dekat dengan bintang-bintang mati ekstrem ini. Jarak tersebut setara dengan dua kali jarak antara New York dan Los Angeles.

"Dalam lingkungan bintang neutron ini, medan magnet benar-benar berada di batas kemampuan alam semesta untuk menghasilkan," kata pemimpin tim dan peneliti Massachusetts Institute of Technology (MIT), Kenzie Nimmo, seorang postdoc di Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, dalam sebuah pernyataan.

Baca juga : Misteri Ledakan Radio Cepat, Tabrakan Asteroid dan Bintang Neutron?

Fast Radio Bursts dan Bintang Neutron Meskipun pertunjukan cahaya yang dihasilkan oleh kembang api buatan manusia di Bumi bisa sangat mengesankan, FRBs membuatnya terlihat kalah bersaing.

Dengan durasi hanya seribu detik, sebuah FRB dapat memancarkan energi yang setara dengan energi yang dibutuhkan matahari selama tiga hari untuk dipancarkan. Akibatnya, ledakan energi yang kuat ini bisa lebih terang dari seluruh galaksi.

Kekuatan luar biasa ini mungkin membuat Anda menyimpulkan FRBs itu langka, tetapi kenyataannya tidak demikian. Sejak astronom pertama kali mendeteksi FRB  tahun 2007, ribuan FRB telah terdeteksi. Beberapa muncul hingga 8 miliar tahun cahaya jauhnya, dan beberapa begitu dekat sehingga terjadi dalam Galaksi Bima Sakti.

Baca juga : Penemuan Sinar Gamma dari Bintang Neutron Mungkin Mengungkap Misteri Materi Gelap dalam 10 Detik

Meskipun terang dan umum, penyebab FRBs tetap menjadi misteri. Namun, kekuatan mereka telah menghubungkannya dengan lingkungan paling ekstrem di alam semesta: wilayah sekitar bintang neutron.

"Sudah banyak perdebatan tentang apakah emisi radio terang ini bahkan bisa lolos dari plasma ekstrem tersebut," kata Nimmo.

Bintang neutron adalah sisa bintang yang tercipta ketika bintang besar mati dan inti mereka, dengan massa sekitar satu atau dua kali massa matahari, menyusut menjadi lebar sekitar 20 kilometer. Bintang neutron dengan medan magnet yang kuat dikenal sebagai "magnetar."

Baca juga : Penemuan Bintang Neutron Tercepat dengan Ledakan Termonuklir Setara Bom Atom

"Di sekitar bintang neutron bermagnet tinggi ini, yang juga dikenal sebagai magnetar, atom tidak bisa ada—mereka akan hancur oleh medan magnet," kata anggota tim dan peneliti MIT, Kiyoshi Masui, dalam pernyataan tersebut.

Ada dua teori yang berlaku mengenai magnetar dan emisi FRB. Satu teori menyatakan FRB terjadi dekat dengan bintang mati ini dalam kondisi turbulen yang dihasilkan gravitasi ekstrem objek tersebut. Teori lainnya menyarankan FRB diciptakan gelombang kejut yang menyebar dari bintang neutron dan dengan demikian berasal lebih jauh dari sisa bintang padat ini.

Untuk memilih antara dua asal tersebut, tim beralih ke sebuah FRB yang disebut FRB 20221022A, sebuah sinyal radio dengan beberapa sifat unik. Para ilmuwan memastikan menggunakan metode analisis baru yang menarik.

Baca juga : Tabrakan Dahsyat Bintang Neutron Lahirkan Lubang Hitam Terkecil

Twinkle, Twinkle FRB FRB 20221022A pertama kali terdeteksi tahun 2022 oleh teleskop radio Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME). Dipastikan berasal dari sebuah bintang neutron di galaksi yang terletak sekitar 200 juta tahun cahaya dari Bumi.

Dalam banyak hal, FRB 20221022A adalah FRB yang khas, tetapi satu hal yang menonjol dalam data CHIME adalah kenyataan cahaya dalam sinyal ini terpolarisasi. Ini menunjukkan bahwa sinyal tersebut berasal dari dekat dengan bintang neutron.

Untuk menentukan apakah ini benar, tim menggunakan "scintillation" dari FRB ini untuk menganalisisnya lebih dalam dan memperoleh lokasi asalnya yang lebih tepat. Jika istilah scintillation terdengar familiar, itu karena proses fisik ini menyebabkan bintang "berkelip" ketika cahaya yang mereka pancarkan mengenai partikel di atmosfer Bumi.

Tim beralasan scintillation dari FRB ini dapat membantu mereka menentukan ukuran wilayah tempat ia muncul.

Semakin banyak scintillation berarti asalnya di lingkungan magnet turbulen di sekitar bintang neutron; tidak ada scintillation yang diamati berarti asalnya lebih jauh dari bintang neutron, yang mendukung teori gelombang kejut.

Perubahan kecerahan dari FRB mengungkapkan FRB 20221022A meledak pada jarak tidak lebih dari 10.000 kilometer dari bintang neutron yang berputar cepat. Sebagai konteks, itu hanya sekitar 1/40 dari jarak antara Bumi dan bulan.

"Menjauhkan pandangan ke wilayah 10.000 kilometer, dari jarak 200 juta tahun cahaya, seperti mengukur lebar heliks DNA, yang sekitar 2 nanometer lebar, di permukaan bulan," kata Masui. "Ada rentang skala yang luar biasa yang terlibat."

Penyelidikan lebih dalam dari tim terhadap FRB 20221022A tampaknya mengesampingkan kemungkinan FRB muncul dari gelombang kejut yang mengenai lingkungan magnetar yang lebih luas.

"Hal yang menarik di sini adalah bahwa energi yang disimpan dalam medan magnet tersebut, dekat dengan sumbernya, sedang memutar dan menyusun ulang sehingga dapat dilepaskan sebagai gelombang radio yang dapat kita lihat di seberang alam semesta," jelas Masui.

Temuan tim ini menjadi bukti pertama FRB dimulai dari dekat bintang neutron, dengan tim berharap teknik scintillating mereka kini dapat diterapkan pada FRB lainnya.

"Ledakan ini selalu terjadi, dan CHIME mendeteksi beberapa per hari," kata Masui. "Mungkin ada banyak keragaman dalam bagaimana dan di mana mereka terjadi, dan teknik scintillation ini akan sangat berguna untuk membantu mengurai berbagai fisika yang mendorong ledakan ini." (Space/Z-3)