Citra radio dari jet presesi berbentuk S yang diluncurkan oleh bintang neutron di Circinus X-1. Baik Cir X-1 itu sendiri (bagian tengah citra) maupun sumber latar belakang telah dikurangi dari citra untuk membuat bentuk S lebih jelas. Jet tersebut merupakan aliran material yang cepat dan sempit yang keluar dari Cir X-1. Ukuran jet terhadap langit sama dengan ukuran uang logam yang dilihat dari jarak 100 meter, tetapi ukuran sebenarnya lebih besar dari lima tahun cahaya. Kredit: Fraser Cowie
Untuk pertama kalinya, para astronom berhasil menangkap gambar bintang neutron memancarkan pancaran berbentuk S seperti alat penyiram taman di sistem biner Circinus X-1, yang terletak lebih dari 30.000 tahun cahaya jauhnya.
Fenomena ini, mirip dengan presesi yang diamati dalam lubang hitam, menggambarkan perubahan arah jet akibat tarikan gravitasi dari cakram gas panas. Penemuan ini dilakukan menggunakan teleskop radio MeerKAT, dan temuan tersebut memberikan wawasan tentang dinamika bintang neutron dan mekanisme peluncuran jet.
Semburan aneh mirip alat penyiram taman yang berasal dari bintang neutron telah difoto untuk pertama kalinya.
Struktur berbentuk S ini tercipta saat jet berubah arah akibat goyangan cakram gas panas di sekitar bintang – sebuah proses yang disebut presesi, yang telah diamati pada lubang hitam tetapi, hingga saat ini, belum pernah diamati pada bintang neutron.
Animasi guncangan terminasi yang bergerak dari Circinus-1. Ini adalah wilayah tempat jet menghantam material di sekitarnya dengan keras yang menyebabkan gelombang kejut bergerak pada sebagian kecil kecepatan cahaya. Kredit: Fraser Cowie
Fenomena Kosmik Circinus X-1
Objek khusus ini berada dalam sistem biner Circinus X-1 yang berjarak lebih dari 30.000 tahun cahaya dari Bumi dan terbentuk dari inti bintang super raksasa yang runtuh sekitar waktu yang sama ketika Stonehenge dibangun.
Begitu padatnya sehingga satu sendok teh materialnya beratnya sama dengan Gunung Everest.
Sistem biner memiliki dua bintang yang terikat oleh gravitasi. Dalam kasus Circinus X-1, salah satunya adalah bintang neutron.
Bintang neutron dan lubang hitam adalah monster kosmologi yang terbentuk ketika bintang-bintang terbesar di Alam Semesta mati dan runtuh karena gravitasinya sendiri.
Akan tetapi, yang terakhir jauh lebih masif dan hanya dapat dideteksi melalui efek gravitasinya, sedangkan yang pertama dapat diamati secara langsung meskipun kepadatannya.
Mereka merupakan beberapa objek paling ekstrem di Alam Semesta dan memiliki bagian dalam yang hampir seluruhnya terbuat dari neutron.
Citra radio dari teleskop MeerKAT yang menunjukkan Circinus X-1 di bagian tengah, di dalam sisa-sisa supernova tempat ia lahir. Gelombang kejut yang disebabkan oleh jet terlihat di atas dan di bawah Cir X-1, dan struktur berbentuk S di jet agak tertutup oleh sumber terang di latar belakang. Kredit: Fraser Cowie
Pengamatan Dengan MeerKAT
Semburan yang berasal dari bintang neutron itu ditemukan oleh tim astronom di Universitas Oxfordyang menggunakan MeerKAT — teleskop radio di Afrika Selatan — untuk membuat gambar Circinus X-1 yang paling detail dan beresolusi tinggi.
Gambar-gambar tersebut, yang dipresentasikan pada Pertemuan Astronomi Nasional minggu ini di Universitas Hull, mencakup gambar pertama dari jet berbentuk S yang berasal dari bintang neutron yang terkonfirmasi – sebuah terobosan yang dapat membantu mengungkap fisika ekstrem di balik fenomena astronomi tersebut.
Peneliti utama Fraser Cowie mengatakan ada sistem lain yang dikenal dengan jet berbentuk S, yang disebut SS433, namun hasil terbaru menunjukkan bahwa objek tersebut kemungkinan lubang hitam.
“Gambar ini adalah pertama kalinya kami melihat bukti kuat adanya jet presesi dari bintang neutron yang terkonfirmasi,” katanya.
“Bukti ini datang dari bentuk S simetris dari pemancar radio plasma dalam jet dan dari gelombang kejut yang cepat dan lebar, yang hanya dapat dihasilkan oleh perubahan arah jet.
“Hal ini akan memberikan informasi berharga tentang fisika ekstrem di balik peluncuran jet, sebuah fenomena yang masih belum dipahami dengan baik.”
Akresi dan Dinamika Jet
Kepadatan bintang neutron yang sangat besar menciptakan gaya gravitasi yang kuat yang melepaskan gas dari bintang pendamping, membentuk cakram gas panas di sekitarnya yang berputar ke bawah menuju permukaannya.
Proses ini, yang disebut akresi, melepaskan sejumlah besar energi per detik dengan daya lebih besar dari sejuta Matahari. Sebagian dari energi ini menggerakkan jet – berkas sempit material yang keluar dari sistem biner yang bergerak mendekati kecepatan cahaya.
Peningkatan terkini pada teleskop MeerKAT telah menghasilkan sensitivitas yang sangat baik dan gambar beresolusi lebih tinggi. Dengan ini, tim melihat bukti jelas adanya struktur berbentuk S, yang bentuknya mirip dengan semprotan air dari alat penyiram taman, di jet Circinus X-1.
Tidak hanya itu, para peneliti juga menemukan guncangan terminasi yang bergerak – yang pertama kali terekam dari biner sinar-X. Ini adalah wilayah tempat jet menghantam material di sekitarnya dengan keras, yang menyebabkan gelombang kejut.
Tim Cowie mengukur gelombang yang bergerak sekitar 10 persen dari kecepatan cahaya, mengonfirmasi bahwa gelombang tersebut disebabkan oleh jet yang bergerak cepat dan bukan sesuatu yang lebih lambat seperti angin material dari bintang-bintang.
“Fakta bahwa gelombang kejut ini menjangkau sudut yang lebar sesuai dengan model kami,” kata Cowie. “Jadi, kami memiliki dua bukti kuat yang memberi tahu kami bahwa jet bintang neutron sedang mengalami presesi.”
Mengukur kecepatan gelombang kejut juga akan membantu para astronom memahami dari apa jet yang menyebabkannya terbuat.
Gelombang kejut secara efektif bertindak sebagai akselerator partikel di ruang angkasa — menghasilkan sinar kosmik berenergi tinggi — dan energi maksimum partikel yang dapat dipercepat bergantung pada kecepatannya.
Arah Penelitian Masa Depan
“Circinus X-1 adalah salah satu objek paling terang di langit sinar-X dan telah dipelajari selama lebih dari setengah abad,” kata Cowie. “Namun, meskipun demikian, objek ini tetap menjadi salah satu sistem paling misterius yang kita ketahui.
“Beberapa aspek perilakunya tidak dijelaskan dengan baik sehingga sangat bermanfaat untuk membantu memberikan pandangan baru pada sistem ini, berdasarkan 50 tahun kerja orang lain.”
Ia menambahkan: “Langkah selanjutnya adalah terus memantau jet-jet tersebut dan melihat apakah mereka berubah seiring waktu sesuai dengan yang kami harapkan.
“Hal ini akan memungkinkan kami mengukur sifat-sifatnya dengan lebih tepat dan terus mempelajari lebih lanjut tentang objek yang membingungkan ini.”
Penelitian ini dilakukan sebagai bagian dari proyek X-KAT dan ThunderKAT pada teleskop MeerKAT yang dioperasikan oleh South African Radio Astronomy Observatory (SARAO). Pengamatan dilakukan menggunakan penerima S-band yang baru dipasang yang disediakan oleh Max-Planck Institute (MPG).
