Ledakan Bintang Masif yang Sekarat Tertangkap oleh Teleskop Respons-Cepat

Ledakan sinar gamma membantu para astronom untuk menjawab pertanyaan klasik tentang ledakan paling kuat di alam semesta.

Tipe ledakan sinar gamma yang paling umum terjadi saat sebuah bintang masif runtuh dan berevolusi menjadi lubang hitam dan meletuskan partikel berkas sempit (jet) hampir secepat cahaya.
Kredit: Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA

Pada bulan Juni tahun 2016, tim internasional dari berbagai negara yang beranggotakan 31 orang astronom, dipimpin oleh Eleanora Troja dari Universitas Maryland dan Nathaniel Butler dari Universitas Negeri Arizona, menangkap fenomena ledakan dahsyat yang dipicu oleh kematian sebuah bintang masif.

Bintang melepaskan energi selama kurang lebih 40 detik yang setara dengan energi yang dilepaskan sinar Matahari sepanjang hidupnya. Seluruh energi difokuskan ke berkas sempit (jet) sinar gamma yang secara kebetulan mengarah ke Bumi.

Penemuan yang dilaporkan di jurnal Nature, memberikan bukti kuat untuk satu dari dua model yang selama ini bersaing untuk memprediksi bagaimana energi dihasilkan oleh ledakan sinar gamma atau gamma-ray burst (GRB).

"Inilah ledakan paling terang di alam semesta," kata rekan sejawat Profesor Butler dari Universitas Negeri Arizona. "Dan kita bisa mengukur bagaimana bintang masif luruh menjelang meledak."

Respon Cepat

Ledakan sinar gamma dideteksi oleh dua satelit NASA yang memantau langit untuk menemukan fenomena semacam itu pada tanggal 25 Juni 2016, yaitu Teleskop Antariksa Sinar Gamma Fermi dan Misi Gamma-Ray Burst Swift.

Kedua observatorium antariksa mendeteksi GRB, mengidentifikasi lokasi sumber ledakan dan segera mengirim informasi dalam hitungan detik ke jajaran teleskop otomatis berbasis darat.

Hanya dalam waktu satu menit setelah menerima pemberitahuan satelit, Teleskop MASTER-IRC Observatorium Teide di Kepulauan Canary mengamati GRB terlebih dahulu. MASTER-IRC merupakan bagian dari jaringan teleskop robotik MASTER milik Rusia di Observatorium Teide dan segera melakukan pengamatan tahap awal ledakan dalam panjang gelombang cahaya kasat mata dan mengumpulkan data polarisasi cahaya optik relatif terhadap total cahaya yang dihasilkan.

Kemudian, kamera RATIR (Reionization And Transients InfraRed) yang diinstal pada teleskop robotik 1,5 meter Observatorium Astronomi Nasional Meksiko di Puncak San Pedro Martir, Baja California, mulai melakukan pengamatan. Butler adalah peneliti utama kamera RATIR yang beroperasi secara otomatis.

Kamera RATIR yang diinstal di teleskop milik Observatorium Astronomi Nasional Meksiko beroperasi secara otomatis. RATIR memungkinkan para astronom untuk menindaklanjuti (dalam satu atau dua menit) GRB.
Foto oleh Nathaniel Butler/Universitas Negeri Arizona

"Butuh waktu satu atau dua menit agar teleskop kami masuk ke lokasi ledakan," kata Butler. "Dalam kasus ini, kami harus menunggunya naik di atas cakrawala. Berarti ledakan sinar gamma telah berakhir dan kami hanya mampu mengamati apa yang disebut pijar atau sisa cahaya. Pijar yang kami lihat adalah ledakan yang memudar saat radiasi mengejutkan media antarbintang di sekitar bintang masif yang meledak.

"Kamera RATIR memungkinkan kami untuk mengambil gambar simultan dalam enam warna, dua optik dan empat inframerah-dekat. Selama lima tahun terakhir, RATIR telah mencitrakan 155 ledakan sinar gamma."

Misteri Berkas Energi

Meskipun telah diketahui selama sekitar 50 tahun, para astronom masih belum memiliki bayangan tentang bagaimana GRB meletus.

"Kendati ada riwayat observasi panjang, mekanisme emisi yang mendorong ledakan sinar gamma tetap misterius" jelas Butler.

GRB terdeteksi kira-kira satu kali dalam satu hari, tapi kilatan radiasi intens sinar gamma terjadi sangat singkat. Mereka datang dari segala arah yang berbeda di langit dan berlangsung mulai dari puluhan milidetik hingga sekitar satu menit, sehingga sulit untuk mengamati mereka secara rinci.

Para astronom meyakini sebagian besar GRB terkait dengan supernova, yang terjadi ketika sebuah bintang masif menghembuskan nafas terakhirnya dan memicu ledakan kolosal. Supernova menghempaskan beberapa lapisan terluar bintang, sementara inti bintang runtuh dalam waktu beberapa detik menjadi bintang neutron atau lubang hitam.

Kamera RATIR menangkap pijar cahaya yang kemudian memudar (tanda panah).
Gambar oleh Nathaniel Butler/Universitas Negeri Arizona

Observasi tindak lanjut oleh RATIR selama berminggu-minggu setelah ledakan menunjukkan emisi sinar gamma dalam berkas cahaya selebar dua derajat. Adalah kebetulan Bumi berada di dalam sorotan berkas cahaya sempit tersebut.

Efek berkas cahaya, kata Butler, digerakkan oleh rotasi lubang hitam setelah ledakan supernova, karena melepaskan material di sepanjang kutubnya.

Fokus Magnetik

"Kami menduga emisi sinar gamma disebabkan oleh elektron yang sangat energik dan didorong keluar layaknya bola api," kata Butler. Berarti harus ada medan magnet di sana, ia menambahkan, dan teori-teori yang telah ada saat ini masih berlainan, mengenai bagaimana medan magnet dihasilkan dan sampai sejauh mana aliran energi magnet keluar, sangat penting untuk dipelajari.

Diagnostik kunci adalah pengukuran polarisasi radiasi, jelasnya. Menurut para astronom, medan magnet mengendalikan sebagian besar polarisasi.

"Mengukur kekuatan medan magnet dengan efek polarisasi dapat menyediakan informasi tentang mekanisme yang mempercepat partikel seperti elektron meningkat menjadi energi yang sangat tinggi dan menyebabkan emisi sinar gamma," kata Butler.

Dalam kasus GRB Juni 2016, para ilmuwan dapat mengukur polarisasi menggunakan MASTER dalam waktu beberapa menit, sebuah penemuan awal yang belum pernah terjadi sebelumnya. Sejumlah besar polarisasi yang diamati oleh tim menunjukkan bagaimana medan magnet yang kuat membatasi dan mengarahkannya, sekaligus memberikan dukungan untuk model magnetik ledakan sinar gamma.

Meskipun ada lebih banyak misteri yang harus dipecahkan terkait GRB, Butler mengatakan, "Ini dapat menjadi bukti kuat pertama bahwa guncangan awal yang dihasilkan oleh ledakan didorong secara magnetis."

Kamera RATIR yang dipasang di bagian belakang teleskop dan distabilkan dengan beberapa penopang untuk memastikan kesejajaran dengan teleskop saat seluruh perangkat bergerak untuk mengunci target baru. Teknisi di gambar ini adalah Alex Farah, seorang insinyur mesin di observatorium.
Foto oleh Alan Watson/UNAM

Ditulis oleh: Robert Burnham, asunow.asu.edu (Arizona State University)

Sumber: Massive star's dying blast caught by rapid-response telescopes

#terimakasihgoogle