Pengamatan supernova SN 2023ixf pada tahun 2023 di galaksi Pinwheel memberikan peluang unik untuk mempelajari produksi sinar kosmik, tetapi sinar gamma yang diharapkan tidak terdeteksi oleh Teleskop Fermi NASA, yang menunjukkan tingkat konversi energi yang jauh lebih rendah daripada yang diperkirakan. Kredit: NASA
Pengamatan SN 2023ixf pada tahun 2023 menghasilkan temuan mengejutkan mengenai produksi sinar kosmik oleh supernova, dengan implikasi potensial untuk memahami asal usul sinar kosmik dan mekanisme percepatannya.
Pada tahun 2023, supernova di dekatnya menawarkan peluang bagus bagi astrofisikawan untuk menguji gagasan tentang bagaimana jenis ledakan ini mendorong partikel, yang disebut sinar kosmik, hingga mendekati kecepatan cahaya. Namun yang mengejutkan, Teleskop Luar Angkasa Sinar Gamma Fermi milik NASA tidak mendeteksi satu pun cahaya sinar gamma berenergi tinggi yang seharusnya dihasilkan oleh partikel-partikel tersebut.
Pada tanggal 18 Mei 2023, sebuah supernova meletus di dekat galaksi Pinwheel (Messier 101), yang terletak sekitar 22 juta tahun cahaya di konstelasi Ursa Major. Peristiwa yang diberi nama SN 2023ixf ini merupakan supernova terdekat paling terang yang ditemukan sejak Fermi diluncurkan pada tahun 2008.
Hasil Tak Terduga Dari Teleskop Fermi
“Para ahli astrofisika sebelumnya memperkirakan bahwa supernova mengubah sekitar 10% dari total energinya menjadi percepatan sinar kosmik,” kata Guillem Martí-Devesa, peneliti di Universitas Trieste di Italia. “Namun kami belum pernah mengamati proses ini secara langsung. Dengan pengamatan baru SN 2023ixf, perhitungan kami menghasilkan konversi energi serendah 1% dalam beberapa hari setelah ledakan. Hal ini tidak mengesampingkan bahwa supernova merupakan pabrik sinar kosmik, namun hal ini berarti kita perlu mempelajari lebih banyak tentang produksinya.”
Makalah ini, dipimpin oleh Martí-Devesa saat berada di Universitas Innsbruck di Austria, akan muncul di edisi mendatang Astronomi dan Astrofisika.
Meskipun tidak mendeteksi sinar gamma, NASATeleskop Luar Angkasa Sinar Gamma Fermi membantu para astronom mempelajari lebih lanjut tentang alam semesta. Kredit: Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA
Sinar Kosmik dan Asal Usulnya
Triliunan triliunan sinar kosmik bertabrakan dengan atmosfer bumi setiap hari. Sekitar 90% di antaranya adalah inti hidrogen – atau proton – dan sisanya adalah elektron atau inti unsur yang lebih berat.
Para ilmuwan telah menyelidiki asal usul sinar kosmik sejak awal tahun 1900an, namun partikel tersebut tidak dapat ditelusuri kembali ke sumbernya. Karena bermuatan listrik, sinar kosmik berubah arah saat mencapai Bumi berkat medan magnet yang ditemuinya.
“Namun sinar gamma merambat langsung ke kita,” kata Elizabeth Hays, ilmuwan proyek Fermi di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland. “Sinar kosmik menghasilkan sinar gamma ketika berinteraksi dengan materi di lingkungannya. Fermi adalah teleskop sinar gamma paling sensitif di orbit, jadi jika tidak mendeteksi sinyal yang diharapkan, para ilmuwan harus menjelaskan ketidakhadirannya. Memecahkan misteri ini akan menghasilkan gambaran yang lebih akurat tentang asal usul sinar kosmik.”
Supernova Sebagai Akselerator Sinar Kosmik
Para ahli astrofisika telah lama mencurigai supernova sebagai penyumbang sinar kosmik terbesar.
Ledakan ini terjadi ketika sebuah bintang yang massanya setidaknya delapan kali massa Matahari kehabisan bahan bakar. Inti tersebut runtuh dan kemudian memantul kembali, mendorong gelombang kejut keluar melalui bintang. Gelombang kejut mempercepat partikel, menciptakan sinar kosmik. Ketika sinar kosmik bertabrakan dengan materi dan cahaya lain di sekitar bintang, sinar tersebut menghasilkan sinar gamma.
Supernova sangat berdampak pada lingkungan antarbintang galaksi. Gelombang ledakan dan awan puing yang meluas mungkin bertahan selama lebih dari 50.000 tahun. Pada tahun 2013, pengukuran Fermi menunjukkan sisa-sisa supernova di bumi Bima Sakti galaksi sedang mempercepat sinar kosmik, yang menghasilkan cahaya sinar gamma ketika menabrak materi antarbintang. Namun para astronom mengatakan sisa-sisa tersebut tidak menghasilkan cukup partikel berenergi tinggi untuk menyamai pengukuran para ilmuwan di Bumi.
Sebuah teori menyatakan bahwa supernova dapat mempercepat sinar kosmik paling energik di galaksi kita dalam beberapa hari dan minggu pertama setelah ledakan awal.
Namun supernova jarang terjadi, hanya terjadi beberapa kali dalam satu abad di galaksi seperti Bima Sakti. Pada jarak sekitar 32 juta tahun cahaya, supernova rata-rata hanya terjadi setahun sekali.
Setelah satu bulan pengamatan, sejak teleskop cahaya tampak pertama kali melihat SN 2023ixf, Fermi belum mendeteksi sinar gamma.
Tantangan dan Penelitian Masa Depan
“Sayangnya, tidak adanya sinar gamma bukan berarti tidak ada sinar kosmik,” kata rekan penulis Matthieu Renaud, ahli astrofisika di Montpellier Universe and Particles Laboratory, bagian dari Pusat Penelitian Ilmiah Nasional di Prancis. “Kita harus melalui semua hipotesis yang mendasari mengenai mekanisme percepatan dan kondisi lingkungan untuk mengubah ketiadaan sinar gamma menjadi batas atas produksi sinar kosmik.”
Para peneliti mengusulkan beberapa skenario yang mungkin mempengaruhi kemampuan Fermi untuk melihat sinar gamma dari peristiwa tersebut, seperti cara ledakan menyebarkan puing-puing dan kepadatan material di sekitar bintang.
Pengamatan Fermi memberikan kesempatan pertama untuk mempelajari kondisi setelah ledakan supernova. Pengamatan tambahan SN 2023ixf pada panjang gelombang lain, simulasi dan model baru berdasarkan peristiwa ini, dan studi supernova muda lainnya di masa depan akan membantu para astronom memahami sumber misterius sinar kosmik alam semesta.
Fermi adalah kemitraan astrofisika dan fisika partikel yang dikelola oleh Goddard. Fermi dikembangkan bekerja sama dengan Departemen Energi AS, dengan kontribusi penting dari institusi akademis dan mitra di Perancis, Jerman, Italia, Jepang, Swedia, dan Amerika Serikat.
