Para astronom telah lama bertanya-tanya dari mana sinar kosmik berenergi tinggi berasal dari galaksi kita? Pengamatan baru dengan bantuan observatorium Eksperimen Cherenkov Air Ketinggian Tinggi (HAWC) menemukan kandidat yang hampir mustahil: jika tidak, awan molekuler raksasa adalah fenomena umum.
Sinar kosmik bukanlah sinar sama sekali, melainkan partikel kecil yang bergerak melalui alam semesta hampir dengan kecepatan cahaya. Mereka dapat terdiri dari elektron, proton atau bahkan ion dari unsur yang lebih berat. Mereka tercipta dalam semua jenis proses berenergi tinggi di seluruh kosmos, mulai dari ledakan supernova hingga penggabungan bintang dan bahkan saat lubang hitam menyedot gas. Sinar kosmik datang dalam berbagai energi, dan secara umum, sinar kosmik berenergi lebih tinggi lebih jarang daripada sepupu berenergi lebih rendah. Rasio ini berubah sangat sedikit pada energi tertentu - 10^15 volt elektron - yang disebut "lutut". Elektron volt, atau eV, hanyalah cara fisikawan partikel mengukur tingkat energi. Sebagai perbandingan, penumbuk partikel paling kuat di Bumi, Large Hadron Collider, dapat mencapai 13×10^12 eV, sering disebut sebagai 13 teraelectron volts atau 13 TeV.
Sinar kosmik dengan energi di atas 10-15 eV jauh lebih jarang dari yang diperkirakan. Hal ini membuat para astronom percaya bahwa setiap sinar kosmik pada tingkat energi ini dan di atasnya berasal dari luar galaksi, sementara proses di Bima Sakti mampu menghasilkan sinar kosmik hingga 10-15 eV. Apa pun yang menciptakan sinar kosmik ini akan berada dalam jangkauan "peta" dan karenanya lebih dari 1000 kali lebih kuat daripada akselerator partikel terbaik kita - "pevatron" alami yang menjelajahi galaksi.
Misinya sederhana: temukan sumber sinar kosmik berskala PEV di Bima Sakti. Namun terlepas dari energinya, sulit untuk menentukan asalnya. Itu karena sinar kosmik terdiri dari partikel bermuatan, dan partikel bermuatan yang bergerak di ruang antarbintang bereaksi terhadap medan magnet galaksi kita. Jadi ketika Anda melihat sinar kosmik berenergi tinggi datang dari arah tertentu di langit, Anda benar-benar tidak tahu dari mana asalnya - jalurnya telah dipelintir dan diubah dalam perjalanannya ke Bumi. Tapi daripada mencari sinar kosmik secara langsung, kita bisa mencari kerabatnya.
Ketika sinar kosmik secara tidak sengaja menabrak awan gas antarbintang, mereka dapat memancarkan sinar gamma, suatu bentuk radiasi berenergi tinggi. Sinar gamma ini melewati galaksi dalam garis lurus, memungkinkan kita untuk menentukan asalnya secara langsung. Oleh karena itu, jika kita melihat sumber sinar gamma yang kuat, kita dapat mencari sumber sinar kosmik PEV terdekat.
Juga menarik:
- Bintang neutron meninggalkan warisan emas dan platinum
- Apa yang membantu mendinginkan bintang neutron panas?
Metode ini digunakan oleh sekelompok peneliti yang menggunakan HAWC, yang terletak di gunung berapi Sierra Negra di Meksiko tengah-selatan. HAWC "melihat" ke langit di sebelah tangki yang berisi air ultra-murni. Ketika partikel atau radiasi berenergi tinggi menghantam reservoir, mereka memancarkan kilatan cahaya biru, memungkinkan para astronom untuk melacak sumbernya di langit.
Secara rinci dalam makalah yang baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal arXiv, para astronom telah mengidentifikasi sumber sinar gamma melebihi 200 TeV yang hanya dapat dihasilkan oleh sinar kosmik yang lebih kuat – jenis sinar kosmik yang mencapai skala PEV. Sumbernya, bernama HAWC J1825-134, terletak kira-kira menuju pusat Galaksi. HAWC J1825-134 tampak bagi kita sebagai tambalan sinar gamma terang yang diterangi oleh beberapa sumber sinar kosmik yang tidak diketahui – mungkin sumber sinar kosmik paling kuat yang diketahui di Bima Sakti.
Beberapa tersangka sumber sinar kosmik berenergi tinggi yang umum berada dalam jarak beberapa ribu tahun cahaya dari HAWC J1825-134, tetapi tidak satupun dari mereka dapat dengan mudah menjelaskan sinyal tersebut. Misalnya, pusat galaksi itu sendiri dikenal sebagai penghasil sinar kosmik yang intens, tetapi terlalu jauh dari HAWC J1825-134 untuk relevan dengan pengukuran ini. Ada beberapa sisa supernova, dan supernova tidak diragukan lagi sangat kuat. Tapi semua supernova di wilayah HAWC J1825-134 meledak lama sekali – terlalu lama untuk menghasilkan sinar kosmik berenergi tinggi sekarang.
Pulsar—sisa-sisa inti bintang masif yang padat dan berotasi cepat—juga menghasilkan sinar kosmik dalam jumlah besar. Tetapi mereka juga terlalu jauh dari sumber radiasi gamma - energi elektron dan proton yang berasal dari pulsar - mereka tidak cukup tinggi untuk menempuh jarak ribuan tahun cahaya ke tempat radiasi gamma dipancarkan.
Anehnya, sumber sinar kosmik pemecah rekor ini ternyata tidak lain adalah awan molekul raksasa. Awan ini adalah makhluk raksasa kikuk yang dipenuhi debu dan gas yang berkeliaran di galaksi. Kadang-kadang mereka berkontraksi dan menjadi bintang, tetapi sebaliknya mereka dapat tetap diam dan lepas selama miliaran tahun.
Di dalam kompleks awan terdapat sekelompok bintang yang baru lahir, tetapi bahkan bintang muda yang paling indah dan paling keras pun dianggap tidak cukup kuat untuk meluncurkan sinar kosmik semacam itu. Para peneliti sendiri mengakui bahwa mereka tidak tahu bagaimana awan ini melakukannya, tetapi entah bagaimana, ketika tidak ada yang memperhatikan, awan ini menghasilkan beberapa partikel paling kuat di seluruh galaksi.
Baca juga:
- Sebuah elektron netral yang aneh telah ditemukan dalam wujud materi yang baru
- Lima cara kecerdasan buatan dapat membantu kita dalam eksplorasi ruang angkasa