Sinar kosmik berenergi ultratinggi yang misterius membingungkan para astronom – Dunia Fisika

Sinar kosmik berenergi ultratinggi yang misterius membingungkan para astronom – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 27 November 2023 11

Deteksi sinar kosmik
Dewi Matahari: ilustrasi pancaran partikel yang diciptakan oleh Amaterasu saat memasuki atmosfer di atas Telescope Array di Utah. (Sumber: Universitas Metropolitan Osaka/L-INSIGHT, Universitas Kyoto/Ryuunosuke Takeshige)

Sebuah partikel sinar kosmik dengan energi sekitar 36 juta kali lebih besar daripada partikel yang dipercepat oleh Large Hadron Collider milik CERN telah terdeteksi. Pada 244 EeV, ini adalah salah satu partikel paling energik yang pernah diamati dan terlihat pada tahun 2021 oleh Telescope Array di Utah. Meskipun sinar kosmik berenergi ultratinggi (UHECR) mungkin tercipta melalui proses astrofisika yang hebat, para peneliti tidak dapat melacak asal-usulnya.

Para peneliti menjuluki partikel Amaterasu, yang merupakan dewi Matahari dalam mitologi Jepang. Rekor energi UHECR saat ini adalah 320 EeV, yang dipegang oleh partikel “Ya Tuhan”, yang terdeteksi pada tahun 1991 di Utah oleh pendahulu Telescope Array.

UHECR adalah partikel subatom seperti proton yang memiliki energi lebih besar dari 1 EeV (1018 eV). Meskipun mereka tampaknya berasal dari luar Bima Sakti, asal usul mereka masih kurang dipahami karena jarangnya pengamatan mereka di Bumi.

Pemutusan kosmik

Dalam mencari asal usul UHECR, para astronom mendapat manfaat dari fenomena yang disebut batas Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK). Hal ini terjadi karena UHECR dengan energi di atas sekitar 60 EeV berinteraksi dengan latar belakang gelombang mikro kosmik saat bergerak melintasi ruang angkasa – kehilangan energi saat bergerak. Artinya, partikel dengan energi lebih tinggi tidak dapat melakukan perjalanan lebih jauh dari 300 juta tahun cahaya sebelum mencapai Bumi.

Meskipun ada pemutusan hubungan kerja, namun tim internasional yang mendeteksi Amaterasu tidak bijaksana tentang asal muasal partikel tersebut, menurut Toshihiro Fujii dari Universitas Metropolitan Osaka Jepang – yang pertama kali menemukan bukti UHECR dalam data Telescope Array.

“Kami menemukan misteri baru ini,” katanya, seraya menunjukkan bahwa partikel tersebut tidak berkorelasi dengan objek astrofisika mana pun yang diketahui. Menulis di jurnal Ilmu, tim menyarankan beberapa kemungkinan asal usul Amaterasu.

Kegelapan dan cahaya

Melihat ke dalam potongan GZK dan dengan asumsi bahwa partikel tersebut dibelokkan oleh medan magnet Bima Sakti, salah satu kemungkinan asal usulnya adalah galaksi NGC 6946. Galaksi ini berjarak sekitar 25 juta tahun cahaya dan terkenal dengan pembentukan bintang yang luar biasa serta banyak supernova. Namun, para astronom belum mengamati sinar gamma atau sinar-X dari galaksi. Mengamati radiasi ini menunjukkan adanya objek astrofisika yang mampu mempercepat UHECR. Amaterasu juga dapat ditelusuri kembali ke Local Void, wilayah terdekat dengan kepadatan galaksi yang sangat rendah. Namun sekali lagi, tidak ada objek di sana yang dapat diidentifikasi sebagai sumbernya.

Menurut tim, kemungkinan lain adalah bahwa pemahaman kita yang tidak lengkap tentang fisika partikel di luar Model Standar dapat berarti bahwa Amaterasu melakukan perjalanan lebih jauh dari yang diizinkan oleh batas GZK. Jika demikian, bisa jadi asal usul UHECR sangat jauh sehingga kita tidak bisa mendeteksi emisi elektromagnetiknya.

Menurut Fujii, sumber Amaterasu yang paling eksotik adalah “akselerator gelap” – sebuah objek hipotetis yang memancarkan UHECR tetapi tidak memancarkan radiasi lain.

Terlepas dari penemuan dan spekulasi, Rafael Alves Batista, seorang ahli astrofisika di Universitas Otonomi Madrid, mengatakan Dunia Fisika bahwa pengamatan tersebut mengungkapkan “tidak ada hal baru” tentang UHECR.

“Saya seorang konservatif dalam artian saya tidak akan memberikan penjelasan apa pun selain Model Standar,” katanya. “Kami memiliki objek astrofisika yang memang dapat menghasilkan sinar kosmik berenergi tinggi. Kami hanya tidak tahu bagaimana hal ini terjadi, atau di mana objek-objek ini berada, atau objek mana yang melakukan hal ini.”

Dia juga menunjukkan bahwa para astronom memiliki pemahaman yang sangat buruk tentang medan magnet di luar Bima Sakti, sehingga membuat penelusuran kembali menjadi sangat sulit.

Ketidakpastian total

“Di galaksi kita, kita tidak benar-benar mengetahui [medan magnet galaksi] tetapi setidaknya kita memiliki pemahaman bahwa medan magnet tersebut berada dalam batas tertentu. Namun, untuk medan magnet ekstra galaksi, hal ini sepenuhnya tidak pasti,” kata Batista.

Baik Fujii maupun Batista sepakat bahwa diperlukan lebih banyak pengamatan terhadap peristiwa langka ini sebelum kita dapat mulai memahami asal usul UHECR. Yang juga diperlukan adalah peningkatan pemahaman kita tentang medan magnet ekstragalaksi.

Beberapa pengamatan ini pasti akan dilakukan oleh Telescope Array. Ini adalah detektor sinar kosmik terbesar di belahan bumi utara dan saat ini sedang diperluas hingga empat kali lipat lebih besar dari luasnya saat ini.

Saat ini, partikel seperti Amaterasu terdeteksi setiap 15 tahun sekali, namun Fujii mengatakan perbaikan pada Telescope Array dapat menguranginya menjadi setiap empat tahun sekali.

Penelitian tersebut dijelaskan dalam Ilmu.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika