Langit radio frekuensi rendah pada saat tabrakan sinar kosmik. Kredit gambar: MPIFR. Klik untuk memperbesar.
Menggunakan percobaan LOPES, prototipe dari teleskop radio teknologi tinggi baru LOFAR untuk mendeteksi partikel sinar kosmik energi ultra-tinggi, sekelompok astrofisikawan, dalam kolaborasi Max-Planck-Gesellschaft dan Helmholtz-Gemeinschaft, telah mencatat yang paling terang dan tercepat ledakan radio pernah terlihat di langit. Ledakan-ledakan itu, yang pendeteksiannya dilaporkan dalam jurnal Nature edisi minggu ini, adalah kilatan dramatis cahaya radio yang muncul lebih dari 1000 kali lebih terang daripada matahari dan hampir sejuta kali lebih cepat daripada kilat normal. Untuk sesaat, kilatan ini - yang sejauh ini tidak diketahui - menjadi cahaya paling terang di langit dengan diameter dua kali ukuran bulan.
Percobaan menunjukkan bahwa kilatan radio dihasilkan di atmosfer Bumi, yang disebabkan oleh dampak partikel paling energik yang diproduksi di kosmos. Partikel-partikel ini disebut sinar kosmik energi ultra-tinggi dan asalnya adalah teka-teki yang berkelanjutan. Para astrofisikawan sekarang berharap bahwa temuan mereka akan memberi cahaya baru pada misteri partikel-partikel ini.
Para ilmuwan menggunakan berbagai antena radio dan sejumlah besar detektor partikel dari percobaan KASCADE-Grande di Forschungszentrum Karlsruhe. Mereka menunjukkan bahwa setiap kali partikel kosmik yang sangat energetik menghantam atmosfer bumi, pulsa radio yang sesuai direkam dari arah partikel yang masuk. Dengan menggunakan teknik pencitraan dari astronomi radio, kelompok ini bahkan menghasilkan urutan film digital dari peristiwa ini, menghasilkan film tercepat yang pernah diproduksi dalam astronomi radio. Detektor partikel memberi mereka informasi dasar tentang sinar kosmik yang masuk.
Para peneliti mampu menunjukkan bahwa kekuatan sinyal radio yang dipancarkan adalah ukuran langsung dari energi sinar kosmik. “Sungguh menakjubkan bahwa dengan antena radio FM sederhana kita dapat mengukur energi partikel yang berasal dari kosmos,” kata Prof. Heino Falcke dari Yayasan Penelitian Astronomi Belanda (ASTRON) yang merupakan juru bicara kolaborasi LOPES. "Jika kita memiliki mata radio yang sensitif, kita akan melihat langit berkilau dengan kilatan radio", tambahnya.
Para ilmuwan menggunakan pasangan antena yang mirip dengan yang digunakan pada penerima radio FM biasa. “Perbedaan utama dengan radio normal adalah elektronik digital dan penerima pita lebar, yang memungkinkan kami mendengarkan banyak frekuensi sekaligus”, jelas Dipl. Phys Andreas Horneffer, seorang mahasiswa pascasarjana dari Universitas Bonn dan Sekolah Penelitian Max-Planck Internasional (IMPRS), yang memasang antena sebagai bagian dari proyek PhD-nya.
Pada prinsipnya beberapa flash radio yang terdeteksi sebenarnya cukup kuat untuk menghapus penerimaan radio atau TV konvensional untuk waktu yang singkat. Untuk menunjukkan efek ini, grup telah mengubah penerimaan radio mereka dari peristiwa sinar kosmik menjadi trek suara (lihat di bawah). Namun, karena kilatan hanya berlangsung selama 20-30 nanodetik dan sinyal cerah hanya terjadi sekali sehari, mereka akan sulit dikenali dalam kehidupan sehari-hari.
Percobaan juga menunjukkan bahwa emisi radio bervariasi dalam kekuatan relatif terhadap orientasi medan magnet bumi. Hasil ini dan lainnya memverifikasi prediksi dasar yang telah dibuat dalam perhitungan teoritis sebelumnya oleh Prof. Falcke dan mantan mahasiswa PhD-nya Tim Huege, serta dengan perhitungan Prof. Peter Gorham dari University of Hawaii.
Partikel-partikel sinar kosmik terus-menerus membombardir bumi sehingga menyebabkan sedikit ledakan partikel-partikel elementer yang membentuk seberkas materi dan partikel-partikel anti-materi mengalir melalui atmosfer. Partikel bermuatan paling ringan, elektron dan positron, dalam balok ini akan dibelokkan oleh medan geomagnetik Bumi yang menyebabkan mereka memancarkan emisi radio. Jenis radiasi ini terkenal dari akselerator partikel di Bumi dan disebut radiasi sinkrotron. Dalam analogi, para astrofisikawan sekarang berbicara tentang radiasi "geosynchrotron" karena interaksi dengan medan magnet Bumi.
Kilat radio terdeteksi oleh antena LOPES yang dipasang pada percobaan shower air kosmik KASCADE-Grande di Forschungszentrum Karlsruhe, Jerman. KASCADE-Grande adalah eksperimen terkemuka untuk mengukur sinar kosmik. "Ini menunjukkan kekuatan memiliki eksperimen fisika astropartikel utama langsung di lingkungan kami - ini memberi kami fleksibilitas untuk juga mengeksplorasi ide-ide yang tidak biasa seperti yang ini" kata Dr. Andreas Haungs, juru bicara KASCADE-Grande.
Teleskop radio LOPES (LOFAR Prototype Experimental Station) menggunakan antena prototipe dari teleskop radio terbesar di dunia, LOFAR, yang akan dibangun setelah 2006 di Belanda dan beberapa bagian di Jerman. LOFAR memiliki desain baru yang radikal, menggabungkan banyak antena frekuensi rendah murah yang mengumpulkan sinyal radio dari seluruh langit sekaligus. Dihubungkan dengan internet berkecepatan tinggi, sebuah superkomputer kemudian memiliki kemampuan untuk mendeteksi sinyal yang tidak biasa dan membuat gambar daerah yang menarik di langit tanpa memindahkan bagian mekanis apa pun. “LOPES mencapai hasil ilmiah utama pertama dari proyek LOFAR yang sudah dalam tahap pengembangan. Ini membuat kami yakin bahwa LOFAR memang akan sama revolusionernya seperti yang kami harapkan. ” Harvey Butcher menjelaskan, direktur Yayasan Belanda untuk Penelitian Astronomi (ASTRON) di Dwingeloo, Belanda, tempat LOFAR saat ini sedang dikembangkan.
"Ini memang kombinasi yang tidak biasa, di mana fisikawan nuklir dan astronom radio bekerja sama untuk menciptakan eksperimen fisika astropartikel yang sangat orisinal", kata Dr. Anton Zensus, direktur di Max-Planck-Institut Radioastronomie (MPIfR) di Bonn. "Ini membuka jalan bagi mekanisme deteksi baru dalam fisika partikel serta menunjukkan kemampuan yang menakjubkan dari teleskop generasi berikutnya seperti LOFAR dan kemudian Square Kilometer Array (SKA). Tiba-tiba eksperimen internasional besar di berbagai bidang penelitian bersatu ”
Sebagai langkah selanjutnya para ahli astrofisika ingin menggunakan susunan LOFAR yang akan datang di Belanda dan Jerman untuk astronomi radio dan penelitian sinar kosmik. Tes sedang dilakukan untuk mengintegrasikan antena radio ke dalam Pierre Auger Observatory untuk sinar kosmik di Argentina dan mungkin kemudian di Auger Observatory kedua di belahan bumi utara. “Ini mungkin merupakan terobosan besar dalam teknologi deteksi. Kami berharap untuk menggunakan teknik novel ini untuk mendeteksi dan memahami sifat sinar kosmik energi tertinggi dan juga untuk mendeteksi neutrino energi ultra-tinggi dari kosmos ”, kata Prof. Johannes Bl? Mer, direktur program Fisika Astropartikel dari Asosiasi Helmholtz dan di Forschungszentrum Karlsruhe.
Deteksi telah dikonfirmasi sebagian oleh kelompok Perancis menggunakan teleskop radio besar dari observatorium Paris di Nan? Secara historis, pengerjaan emisi radio dari sinar kosmik pertama kali dilakukan pada akhir 1960-an dengan klaim deteksi pertama. Namun, tidak ada informasi berguna yang dapat diekstraksi dengan teknologi saat ini, dan pekerjaan itu berhenti dengan cepat. Kekurangan utama adalah kurangnya kemampuan pencitraan (sekarang diimplementasikan oleh perangkat lunak), resolusi waktu yang rendah, dan kurangnya array detektor partikel yang terkalibrasi dengan baik. Semua ini telah diatasi dengan percobaan LOPES.
Sumber Asli: Siaran Berita MPI
