Pada tahun 1967, para ilmuwan NASA memperhatikan sesuatu yang belum pernah mereka lihat sebelumnya datang dari luar angkasa. Dalam apa yang kemudian dikenal sebagai "Insiden Vela", beberapa satelit mendaftarkan Gamma-Ray Burst (GRB) yang begitu cerah, sehingga secara singkat mengungguli seluruh galaksi. Karena kekuatannya yang luar biasa dan sifatnya yang berumur pendek, para astronom sangat ingin menentukan bagaimana dan mengapa semburan-ledakan ini terjadi.
Pengamatan selama beberapa dekade telah mengarah pada kesimpulan bahwa ledakan ini terjadi ketika sebuah bintang masif menjadi supernova, tetapi para astronom masih tidak yakin mengapa itu terjadi dalam beberapa kasus dan bukan yang lain. Berkat penelitian baru oleh tim dari University of Warwick, tampaknya kunci untuk memproduksi GRB terletak pada sistem bintang biner - yaitu bintang yang membutuhkan pendamping untuk menghasilkan ledakan paling terang di Semesta.
Tim peneliti yang bertanggung jawab atas penemuan ini dipimpin oleh Ashley Chrimes - seorang Ph.D. mahasiswa di Departemen Fisika Universitas Warwick. Demi penelitian mereka, tim membahas misteri utama tentang GRB berdurasi panjang, yaitu bagaimana bintang dapat diputar cukup cepat untuk menghasilkan jenis ledakan yang telah diamati.
Singkatnya, GRB terjadi ketika bintang-bintang masif (sekitar sepuluh kali ukuran Matahari kita) menjadi supernova dan runtuh menjadi bintang neutron atau lubang hitam. Dalam prosesnya, lapisan terluar bintang itu tertiup angin dan material yang terlontar turun ke cakram di sekitar sisa yang baru terbentuk untuk menghemat momentum sudut. Saat materi ini jatuh ke dalam, momentum ini meluncurkannya dalam bentuk jet yang berasal dari kutub.
Ini dikenal sebagai "jet relativistik" karena cara material di dalamnya dipercepat untuk menutup kecepatan cahaya. Sementara GRB adalah peristiwa paling terang di Semesta, mereka hanya dapat diamati dari Bumi ketika salah satu sumbu kutubnya menunjuk langsung ke arah kita - yang berarti para astronom hanya dapat melihat sekitar 10-20% dari mereka. Mereka juga sangat singkat sebagai fenomena astronomi, berlangsung di mana saja dari sepersekian detik hingga beberapa menit.
Selain itu, bintang harus berputar sangat cepat untuk meluncurkan material di sepanjang sumbu kutubnya mendekati kecepatan cahaya. Ini merupakan teka-teki bagi para astronom karena bintang biasanya kehilangan putaran apa pun yang mereka peroleh dengan sangat cepat. Untuk menjawab pertanyaan yang tidak terselesaikan ini, tim mengandalkan kumpulan model evolusi bintang untuk memeriksa perilaku bintang masif saat mereka runtuh.
Model-model ini diciptakan oleh Dr. Jan J. Eldridge dari University of Auckland, Selandia Baru, dengan bantuan para peneliti dari University of Warwick. Dikombinasikan dengan teknik yang dikenal sebagai sintesis populasi biner, para ilmuwan mensimulasikan populasi ribuan sistem bintang untuk mengidentifikasi mekanisme di mana ledakan langka yang menghasilkan GRB dapat terjadi.
Dari ini, para peneliti dapat membatasi faktor-faktor yang menyebabkan jet relativistik terbentuk dari beberapa bintang yang runtuh. Apa yang mereka temukan adalah bahwa efek pasang surut, mirip dengan apa yang terjadi antara Bumi dan Bulan, adalah satu-satunya penjelasan yang mungkin. Dengan kata lain, GRBs berdurasi panjang terjadi dalam sistem bintang biner di mana bintang dikunci bersama dalam putarannya, menciptakan efek pasang surut yang kuat yang mempercepat rotasi mereka.
Seperti yang dijelaskan Chrimes dalam siaran pers Warwick baru-baru ini:
“Kami memprediksi bintang atau sistem seperti apa yang menghasilkan semburan sinar gamma, yang merupakan ledakan terbesar di Semesta. Sampai sekarang belum jelas bintang atau sistem biner seperti apa yang Anda butuhkan untuk menghasilkan hasil itu.
“Pertanyaannya adalah bagaimana bintang mulai berputar, atau mempertahankan putarannya dari waktu ke waktu. Kami menemukan bahwa efek pasang surut bintang pada mitranya menghentikan mereka dari melambat dan, dalam beberapa kasus, itu menaikkan mereka. Mereka mencuri energi rotasi dari teman mereka, akibatnya adalah bahwa mereka kemudian melayang lebih jauh.
“Apa yang telah kami tentukan adalah bahwa mayoritas bintang berputar dengan cepat karena mereka berada dalam sistem biner. "
Seperti yang ditunjukkan oleh Dr. Elizabeth Stanway - seorang peneliti dari Departemen Fisika Universitas Warwick dan salah satu penulis penelitian ini - evolusi biner bukan hal baru bagi para astronom. Namun, jenis perhitungan yang dilakukan oleh Chrimes dan rekan-rekannya belum pernah dilakukan sebelumnya karena rumitnya perhitungan yang terlibat. Oleh karena itu, penelitian ini adalah yang pertama untuk mempertimbangkan mekanisme fisik yang bekerja dalam model biner.
"Ada juga dilema besar pada keasaman bintang yang menghasilkan semburan sinar gamma," katanya. “Sebagai astronom, kami mengukur komposisi bintang dan jalur dominan untuk semburan sinar gamma membutuhkan sangat sedikit atom besi atau elemen berat lainnya di atmosfer bintang. Ada teka-teki mengapa kita melihat berbagai komposisi dalam bintang yang menghasilkan semburan sinar gamma, dan model ini menawarkan penjelasan. "
Berkat penelitian terbaru ini dan model yang dihasilkannya pada evolusi biner, para astronom akan dapat memprediksi seperti apa bintang-bintang penghasil GRB dalam hal suhu, luminositas, dan sifat-sifat bintang pendamping mereka. Melihat ke masa depan, Chimes dan rekan-rekannya berharap untuk mengeksplorasi dan memodelkan fenomena sementara yang tetap menjadi misteri bagi para astronom.
Ini termasuk Fast Radio Bursts (FRBs) dan apa yang menyebabkannya (terutama variasi berulang) atau bahkan peristiwa yang lebih jarang seperti transformasi bintang menjadi lubang hitam. Studi yang menggambarkan temuan mereka muncul dalam edisi Januari Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society dan didanai oleh Dewan Fasilitas Sains dan Teknologi di UK Research and Innovation.
