Ilustrasi seorang seniman tentang blazar seperti yang baru-baru ini ditemukan mempercepat neutrino dan sinar kosmik ke kecepatan yang luar biasa. Lubang hitam supermasif di pusat piringan akresi mengirimkan pancaran materi berenergi tinggi yang sempit ke ruang angkasa, tegak lurus terhadap piringan itu.
(Gambar: © DESY, Lab Komunikasi Ilmu Pengetahuan)
Para astronom telah melacak neutrino berenergi tinggi ke sumber kosmiknya untuk pertama kalinya, memecahkan misteri yang sudah berusia seabad dalam prosesnya.
Neutrino adalah partikel subatom yang hampir tak bermassa yang tidak memiliki muatan listrik dan karenanya jarang berinteraksi dengan lingkungannya. Memang, triliunan "partikel hantu" ini mengalir melalui tubuh Anda tanpa disadari dan tidak terhalang setiap detik.
Sebagian besar neutrino ini berasal dari matahari. Tetapi sebagian kecil, yang memiliki energi sangat tinggi, telah meroket ke leher kami dari hutan dari ruang yang sangat dalam. Sulitnya melekat pada neutrino telah mencegah para astronom menjabarkan asal-usul pengembara kosmik semacam itu - sampai sekarang. [Melacak Neutrino ke Sumbernya: Penemuan dalam Gambar]
Pengamatan oleh IceCube Neutrino Observatory di Kutub Selatan dan sejumlah instrumen lainnya memungkinkan para peneliti untuk melacak satu neutrino kosmik ke blazar jauh, galaksi elips besar dengan lubang hitam supermasif yang berputar cepat di jantungnya.
Dan masih ada lagi. Neutrino kosmik berjalan beriringan dengan sinar kosmik, partikel bermuatan sangat energik yang terus menerus menghantam planet kita. Jadi, pasak yang baru menemukan blazars sebagai akselerator dari setidaknya beberapa sinar kosmik yang bergerak tercepat juga.
Para astronom bertanya-tanya tentang hal ini sejak sinar kosmik pertama kali ditemukan, jauh pada tahun 1912. Tetapi mereka telah digagalkan oleh sifat bermuatan partikel-partikel, yang menentukan bahwa sinar kosmik bisa tersentak dengan cara ini dan oleh berbagai benda ketika mereka memperbesar ruang. Sukses akhirnya datang dari penggunaan garis lurus partikel hantu sesama musafir.
"Kami telah mencari sumber sinar kosmik selama lebih dari seabad, dan kami akhirnya menemukan satu," Francis Halzen, ilmuwan utama di IceCube Neutrino Observatory dan seorang profesor fisika di University of Wisconsin-Madison, mengatakan kepada Space. com. [Fisika Aneh: Partikel Kecil Paling Keren di Alam]
Upaya tim
IceCube, yang dikelola oleh National Science Foundation (NSF) AS, adalah pemburu neutrino yang berdedikasi. Fasilitas ini terdiri dari 86 kabel, yang bersarang di dalam lubang bor yang membentang sekitar 1,5 mil (2,5 kilometer) ke dalam es Antartika. Setiap kabel, pada gilirannya, menampung 60 "modul optik digital," ukuran bola basket, yang dilengkapi dengan detektor cahaya sensitif.
Detektor ini dirancang untuk mengambil karakteristik cahaya biru yang dipancarkan setelah neutrino berinteraksi dengan inti atom. (Cahaya ini terlempar oleh partikel sekunder yang diciptakan oleh interaksi. Dan jika Anda bertanya-tanya: Semua es di atasnya mencegah partikel selain neutrino mencapai detektor dan mengotori data.) Ini adalah peristiwa langka; IceCube hanya menemukan beberapa ratus neutrino per tahun, kata Halzen.
Fasilitas ini telah memberikan kontribusi besar bagi astronomi. Pada 2013, misalnya, IceCube melakukan deteksi neutrino pertama kali yang dikonfirmasi dari luar galaksi Bima Sakti. Para peneliti tidak dapat menemukan sumber partikel hantu berenergi tinggi pada saat itu.
Namun, pada 22 September 2017, IceCube mengambil neutrino kosmik lainnya. Itu sangat energik, mengemas sekitar 300 teraelectron volt - hampir 50 kali lebih besar dari energi proton yang berputar melalui akselerator partikel paling kuat di Bumi, Large Hadron Collider.
Dalam 1 menit deteksi, fasilitas mengirimkan pemberitahuan otomatis, memperingatkan astronom lain untuk menemukan dan mengirimkan koordinat ke bidang langit yang tampaknya menampung sumber partikel.
Masyarakat menanggapi: Hampir 20 teleskop di tanah dan di luar angkasa menjelajahi patch yang melintasi spektrum elektromagnetik, dari gelombang radio berenergi rendah ke sinar gamma berenergi tinggi. Pengamatan gabungan melacak asal neutrino ke blazar yang sudah dikenal disebut TXS 0506 + 056, yang terletak sekitar 4 miliar tahun cahaya dari Bumi.
Sebagai contoh, pengamatan lanjutan oleh beberapa instrumen yang berbeda - termasuk teleskop luar angkasa Fermi Gamma-orbit NASA yang mengorbit Bumi dan Teleskop Pencitraan Gamma Atmosfer Utama (MAGIC) Pencitraan Atmosfer Cherenkov (MAGIC) di Kepulauan Canary - mengungkapkan ledakan kuat sinar sinar gamma yang berasal dari TXS 0506 + 056. [Gamma-Ray Universe: Foto oleh Teleskop Luar Angkasa Fermi NASA]
Tim IceCube juga memeriksa data arsipnya dan menemukan lebih dari selusin neutrino kosmik lainnya yang tampaknya berasal dari blazar yang sama. Partikel tambahan ini diambil oleh detektor dari akhir 2014 hingga awal 2015.
"Semua bagian saling cocok," Albrecht Karle, seorang ilmuwan senior IceCube dan profesor fisika UW-Madison, mengatakan dalam sebuah pernyataan. "Flare neutrino dalam data arsip kita menjadi konfirmasi independen. Bersama dengan pengamatan dari observatorium lain, adalah bukti kuat bahwa blazar ini menjadi sumber neutrino yang sangat energik, dan karenanya sinar kosmik berenergi tinggi."
Temuan ini dilaporkan dalam dua studi baru yang diterbitkan online hari ini (12 Juli) dalam jurnal Science. Anda dapat menemukannya di sini dan di sini.
Astrofisika multimessenger meningkat
Blazars adalah jenis khusus dari galaksi aktif superluminous yang meledakkan jet kembar cahaya dan partikel, salah satunya diarahkan langsung ke Bumi. (Itulah sebagian alasan mengapa api tampak begitu terang bagi kita - karena kita berada di garis tembakan jet.)
Para astronom telah mengidentifikasi beberapa ribu blazar di seluruh alam semesta, belum ada satupun yang ditemukan sebagai slinging neutrino pada kita seperti TXS 0506 + 056.
"Ada sesuatu yang istimewa tentang sumber ini, dan kami harus mencari tahu apa itu," kata Halzen kepada Space.com.
Itu hanya satu dari banyak pertanyaan yang diajukan oleh hasil baru. Sebagai contoh, Halzen juga ingin mengetahui mekanisme akselerasi: Bagaimana, tepatnya, blazars mendapatkan neutrino dan sinar kosmik hingga kecepatan yang luar biasa?
Halzen menyatakan optimisme tentang menjawab pertanyaan semacam itu dalam waktu yang relatif dekat, mengutip kekuatan "multimessenger astrophysics" - penggunaan setidaknya dua jenis sinyal untuk menginterogasi kosmos - yang dipajang dalam dua studi baru.
Penemuan neutrino mengikuti dengan dekat tengara multimessenger lainnya: Pada Oktober 2017, para peneliti mengumumkan bahwa mereka telah menganalisis tabrakan antara dua bintang neutron superdense dengan mengamati baik radiasi elektromagnetik dan gelombang gravitasi yang dipancarkan selama peristiwa dramatis.
"Era astrofisika multimessenger ada di sini," kata Direktur NSF France Cordova dalam pernyataan yang sama. "Setiap utusan - dari radiasi elektromagnetik, gelombang gravitasi, dan sekarang neutrino - memberi kita pemahaman yang lebih lengkap tentang alam semesta dan wawasan baru yang penting tentang benda dan peristiwa paling kuat di langit."
