Semburan sinar gamma dari bintang-bintang yang jauh, seperti yang ditunjukkan dalam ilustrasi artis ini, adalah salah satu sumber yang mungkin dari "partikel OMG" yang sangat kuat yang kadang-kadang mengenai detektor ilmuwan di Bumi.
(Gambar: © NASA / SkyWorks Digital)
Paul Sutter adalah seorang astrofisika di The Ohio State University dan kepala ilmuwan di pusat sains COSI. Sutter juga pembawa acara "Ask a Spaceman" dan "Space Radio," dan memimpin AstroTours di seluruh dunia. Sutter menyumbangkan artikel ini untuk Suara Ahli Space.com: Op-Ed & Insights.
Saat ini, saat Anda membaca teks ini, DNA Anda diiris oleh peluru kecil yang tidak terlihat. Dealer kerusakan dikenal sebagai sinar kosmik, meskipun mereka sama sekali bukan sinar - tetapi nama itu terjebak dari kesalahpahaman historis. Sebaliknya, mereka partikel: elektron dan proton, sebagian besar, tetapi kadang-kadang hal yang lebih berat seperti helium atau bahkan inti besi.
Partikel-partikel kosmik ini adalah masalah, karena a) mereka cepat, dan karenanya memiliki banyak energi kinetik untuk berputar dan b) mereka bermuatan listrik. Ini berarti mereka dapat mengionisasi nukleotida DNA kita yang buruk, memisahkan mereka dan kadang-kadang menyebabkan kesalahan replikasi yang tidak terkendali (alias, kanker). ['Superstar' Eta Carinae Bertingkah Seperti Senjata Kosmik-Ray Ginormous, Tapi Mengapa?]
Seolah-olah ini tidak cukup buruk, sesekali, kira-kira sekali per kilometer persegi per tahun, sebuah partikel datang menjerit ke atmosfer atas kita dengan kecepatan yang benar-benar mengerikan, mengetuk molekul nitrogen atau oksigen yang malang dan mengalir ke bawah pancuran partikel sekunder berenergi rendah (tapi masih mematikan, tentu saja).
Hanya ada satu respons yang tepat ketika dihadapkan dengan partikel yang berpotensi tidak masuk akal seperti itu: "OMG."
Bola cepat
"OMG" adalah nama julukan yang diberikan pada contoh pertama dari apa yang sekarang dikenal sebagai sinar kosmik berenergi sangat tinggi, terdeteksi pada tahun 1991 oleh detektor sinar kosmik Eye, University of Utah. Proton tunggal itu menghantam atmosfer kita dengan kecepatan cahaya 99,999999999999999999951 persen. Dan tidak, semua sembilan itu tidak hanya untuk efek dramatis untuk membuat jumlahnya terlihat mengesankan - itu benar-benar secepat itu. Partikel ini memiliki jumlah energi kinetik yang sama dengan bola bisbol yang dilemparkan ... dikompresi menjadi sebuah benda seukuran proton.
Itu berarti partikel ini memiliki lebih dari 10 juta kali lebih banyak energi daripada apa yang dapat dihasilkan oleh penumbuk partikel paling kuat kita, LHC. Karena pelebaran waktu relativistik, pada kecepatan itu, partikel OMG dapat melakukan perjalanan ke bintang tetangga terdekat kita, Proxima Centauri, dalam 0,43 milidetik dari waktu partikel itu sendiri. Itu bisa berlanjut ke inti galaksi kami pada saat Anda selesai membaca kalimat ini (dari sudut pandangnya sendiri).
OMG, memang.
Sejak deteksi partikel itu, kami terus mengawasi langit untuk peristiwa ekstrem ini menggunakan teleskop dan detektor khusus di seluruh dunia. Semua mengatakan, kami telah mencatat sekitar seratus partikel kelas OMG dalam beberapa dekade terakhir.
Beberapa contoh itu menjelaskan dan memperdalam misteri asal usul mereka. Lebih banyak data selalu baik, tetapi apa sih yang ada di alam semesta kita yang cukup kuat untuk memberikan proton celah yang cukup baik sehingga hampir-hampir-dapat menantang cahaya itu sendiri pada suatu ras?
Buku-buku jari
Untuk mempercepat partikel bermuatan ke kecepatan gila, Anda membutuhkan dua bahan utama: banyak energi dan medan magnet. Medan magnet melakukan tugas mentransfer ke partikel berapapun energinya dalam acara Anda (katakanlah, energi kinetik ledakan dari ledakan supernova atau tarikan gravitasi yang berputar ketika materi jatuh ke lubang hitam). Fisika terperinci secara alami sangat rumit dan tidak dipahami dengan baik. Tempat kelahiran sinar kosmik sangat rumit dan terletak di daerah ekstrim dari alam semesta kita, sehingga gambaran fisik yang lengkap akan sulit didapat.
Tapi kita masih bisa membuat beberapa tebakan yang mendidik tentang dari mana contoh-contoh ekstrem seperti teman kita dari partikel OMG. Tebakan pertama kita mungkin adalah supernova, kematian raksasa bintang besar. Medan magnet? Memeriksa. Banyak energi? Memeriksa. Tetapi energi tidak cukup untuk melakukan trik. Ledakan bintang-varietas Anda di kebun tidak memiliki semangat yang cukup untuk meludahkan partikel dengan kecepatan yang kami pertimbangkan.
Apa berikutnya? Inti galaksi aktif adalah pesaing kuat. Nukleus ini tercipta ketika materi berputar menuju kehancurannya di sekitar lubang hitam supermasif yang terletak di pusat galaksi; bahan itu menekan dan memanas, membentuk piringan akresi pada saat-saat terakhirnya. Angin yang berliku-liku itu menghasilkan medan magnet yang kuat dari aksi dinamo, membentuk campuran kuat dari bahan-bahan yang diperlukan untuk menambahkan beberapa tenaga kuda yang serius ke partikel yang dikeluarkan.
Kecuali (dan Anda tahu akan ada "pengecualian"), inti galaksi aktif terlalu jauh untuk menghasilkan sinar kosmik yang mencapai Bumi. Pada kecepatan yang luar biasa dari sinar kosmik berenergi sangat tinggi, menjelajahi kosmos lebih seperti mencoba membajak melalui badai salju. Itu karena pada kecepatan itu latar belakang gelombang mikro kosmik - banjir foton berenergi rendah yang tersisa dari alam semesta yang sangat awal - tampak sangat tergeser ke arah energi yang lebih tinggi. Jadi, cahaya intensitas tinggi itu menampar dan menampar sinar kosmik keliling, memperlambat dan akhirnya menghentikannya.
Jadi, kita seharusnya tidak mengharapkan sinar kosmik paling kuat untuk melakukan perjalanan lebih jauh dari seratus juta tahun cahaya - dan sebagian besar inti galaksi aktif jauh, lebih jauh dari kita daripada itu.
Bola curveball
Untuk beberapa saat, tersangka utama untuk generasi OMG adalah Centaurus A, sebuah inti galaksi aktif terdekat yang berada di suatu tempat antara 10 juta dan 16 juta tahun cahaya. Kuat, magnetik, dan dekat - kombo yang sempurna. Tetapi sementara beberapa survei telah mengisyaratkan bahwa sinar kosmik mungkin berasal dari arah umumnya, tidak pernah ada korelasi yang cukup jelas untuk memindahkan galaksi itu dari tersangka ke narapidana. [Pandangan Mendalam pada Galaxy Aneh Centaurus A]
Sebagian dari masalahnya adalah bahwa medan magnet Bimasakti sendiri secara halus mengubah lintasan sinar kosmik yang masuk, menyamarkan arah aslinya. Jadi, untuk merekonstruksi sumber sinar kosmik, Anda juga memerlukan model untuk kekuatan dan arah medan magnet galaksi kita - sesuatu yang kita tidak punya kendali penuh.
Jika generator OMG bukanlah Centaurus A dengan sendirinya, maka mungkin itu adalah galaksi Seyfert, subkelas galaksi tertentu yang umumnya lebih dekat, umumnya lebih lemah (tetapi masih sangat terang dan kuat) inti galaksi aktif. Tetapi sekali lagi, dengan tidak ada bahkan seratus sampel untuk diambil, sulit untuk membuat penentuan statistik yang ketat.
Mungkin semburan sinar gamma, diperkirakan berasal dari ujung bencana yang aneh sampai ke beberapa bintang paling ekstrem. Tapi pemahaman kita tentang fisika situasi itu (bisakah kau percaya?) Agak samar.
Mungkin itu sesuatu yang lebih eksotis, seperti cacat topologi dari saat-saat awal Big Bang atau beberapa interaksi funky dalam materi gelap. Mungkin kita salah mendapatkan fisika dan perhitungan batas-jarak kita tidak akurat. Mungkin, mungkin, mungkin ...
Asal usul sebenarnya dari partikel "OMG" berenergi sangat tinggi ini sulit dijabarkan, dan meskipun sudah hampir 30 tahun dideteksi, kami tidak memiliki banyak jawaban tegas. Yang baik-baik saja - ada baiknya untuk memiliki setidaknya beberapa misteri yang tersisa di alam semesta. Para astrofisikawan juga dapat menggunakan keamanan pekerjaan.
Pelajari lebih lanjut dengan mendengarkan episode di podcast "Ask A Spaceman", tersedia di iTunes dan di web di http://www.askaspaceman.com. Berkat hchrissscottt untuk pertanyaan yang mengarah ke bagian ini! Ajukan pertanyaan Anda sendiri di Twitter menggunakan #AskASpaceman atau dengan mengikuti Paul @PaulMattSutter dan facebook.com/PaulMattSutter. Ikuti kami @Spacedotcom, Facebook, dan Google+. Artikel asli di Space.com.
