Ketika para astronom pertama kali mencatat deteksi Fast Radio Burst (FRB) pada tahun 2007 (alias. Lorimer Burst), mereka berdua tercengang dan penasaran. Semburan gelombang radio berenergi tinggi ini, yang hanya bertahan beberapa milidetik, tampaknya datang dari luar galaksi kita. Sejak saat itu, para astronom telah menemukan bukti banyak FRB dalam data yang direkam sebelumnya, dan masih berspekulasi tentang apa yang menyebabkannya.
Berkat penemuan dan penelitian selanjutnya, para astronom sekarang tahu bahwa FRB jauh lebih umum daripada yang diperkirakan sebelumnya. Bahkan, menurut sebuah studi baru oleh tim peneliti dari Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), FRBs dapat terjadi setiap detik dalam alam semesta yang dapat diamati. Jika benar, FRB bisa menjadi alat yang ampuh untuk meneliti asal-usul dan evolusi kosmos.
Studi yang berjudul "Radio Cepat Burst Terjadi Setiap Detik di Seluruh Alam Semesta yang Dapat Diamati", baru-baru ini muncul di The Astrophysical Journal Letters. Penelitian ini dipimpin oleh Anastasia Fialkov, seorang peneliti postdoc dan Rekan di CfA's Institute for Theory and Computation (ITC). Dia bergabung dengan Profesor Abraham Loeb, direktur ITC dan Frank B. Baird, Jr. Profesor Sains di Harvard.
Seperti dicatat, FRB tetap menjadi misteri sejak pertama kali ditemukan. Tidak hanya penyebab mereka tetap tidak diketahui, tetapi banyak tentang sifat asli mereka masih belum dipahami. Seperti yang dikatakan Dr. Fialkov dari Space Magazine melalui email:
“FRB (atau ledakan radio cepat) adalah sinyal astrofisika yang sifatnya tidak ditentukan. Semburan yang diamati pendek (atau durasi milidetik), pulsa cerah di bagian radio dari spektrum elektromagnetik (pada frekuensi GHz). Hanya 24 semburan telah diamati sejauh ini dan kami masih belum tahu pasti proses fisik mana yang memicu mereka. Penjelasan yang paling masuk akal adalah bahwa mereka diluncurkan dengan memutar bintang neutron magnet. Namun, teori ini harus dikonfirmasi. "
Demi penelitian mereka, Fialkov dan Loeb mengandalkan pengamatan yang dilakukan oleh banyak teleskop dari ledakan radio cepat berulang yang dikenal sebagai FRB 121102. FRB ini pertama kali diamati pada 2012 oleh para peneliti menggunakan teleskop radio Arecibo di Puerto Rico, dan sejak itu telah dipastikan berasal dari galaksi yang berjarak 3 miliar tahun cahaya ke arah konstelasi Auriga.
Sejak ditemukan, semburan tambahan telah terdeteksi berasal dari lokasinya, menjadikan FRB 121102 satu-satunya contoh yang diketahui dari FRB berulang. Sifat berulang ini juga memungkinkan para astronom untuk melakukan studi yang lebih rinci dari itu daripada FRB lainnya. Seperti yang dikatakan Prof. Loeb kepada Space Magazine melalui email, ini dan alasan lain menjadikannya target yang ideal untuk studi mereka:
“FRB 121102 adalah satu-satunya FRB yang memiliki galaksi induk dan jarak yang diidentifikasi. Ini juga satu-satunya sumber FRB berulang yang kami deteksi ratusan FRB sekarang. Spektrum radio FRB-nya berpusat pada frekuensi karakteristik dan tidak mencakup pita yang sangat luas. Ini memiliki implikasi penting untuk pendeteksian FRB seperti itu, karena untuk menemukannya, observatorium radio perlu disesuaikan dengan frekuensinya. ”
Berdasarkan apa yang diketahui tentang FRB 121102, Fialkov dan Loeb melakukan serangkaian perhitungan yang mengasumsikan bahwa perilakunya mewakili semua FRB. Mereka kemudian memproyeksikan berapa banyak FRB yang akan ada di seluruh langit dan menentukan bahwa di dalam Alam Semesta yang teramati, sebuah FRB kemungkinan akan terjadi sekali setiap detik. Fialkov menjelaskan:
“Dengan asumsi bahwa FRB diproduksi oleh galaksi dari jenis tertentu (mis., Mirip dengan FRB 121102), kami dapat menghitung berapa FRB yang harus diproduksi oleh setiap galaksi untuk menjelaskan pengamatan yang ada (mis., 2000 per langit per hari). Dengan mengingat angka ini, kita dapat menyimpulkan laju produksi untuk seluruh populasi galaksi. Perhitungan ini menunjukkan bahwa FRB terjadi setiap detik saat menghitung semua kejadian samar. "
Sementara sifat dan asal-usul FRB yang tepat masih belum diketahui - saran termasuk bintang neutron berputar dan bahkan kecerdasan alien! - Fialkov dan Loeb menunjukkan bahwa mereka dapat digunakan untuk mempelajari struktur dan evolusi Semesta. Jika memang mereka terjadi dengan frekuensi reguler di seluruh kosmos, maka sumber yang lebih jauh dapat bertindak sebagai probe yang kemudian diandalkan oleh para astronom untuk menyelami kedalaman ruang.
Misalnya, pada jarak kosmik yang luas, ada sejumlah besar bahan intervensi yang membuat sulit bagi para astronom untuk mempelajari Cosmic Microwave Background (CMB) - radiasi sisa dari Big Bang. Studi tentang bahan intervensi ini dapat mengarah pada perkiraan baru tentang seberapa padatnya ruang - yaitu seberapa banyak terdiri dari materi biasa, materi gelap, dan energi gelap - dan seberapa cepat ia berkembang.
Dan seperti yang Prof. Loeb tunjukkan, FRBs juga dapat digunakan untuk mengeksplorasi pertanyaan kosmologis yang abadi, seperti bagaimana “Zaman Kegelapan” Semesta berakhir:
“FRB dapat digunakan untuk mengukur kolom elektron bebas menuju sumbernya. Ini dapat digunakan untuk mengukur kepadatan materi biasa antara galaksi di alam semesta saat ini. Selain itu, FRB pada masa kosmik awal dapat digunakan untuk mencari tahu kapan sinar ultraviolet dari bintang pertama memecah atom purba hidrogen yang tersisa dari Dentuman Besar ke dalam elektron dan proton penyusunnya. ”
"Zaman Kegelapan", yang terjadi antara 380.000 dan 150 juta tahun setelah Big Bang, ditandai oleh "kabut" atom hidrogen yang berinteraksi dengan foton. Sebagai akibatnya, radiasi pada periode ini tidak dapat terdeteksi oleh instrumen kami saat ini. Saat ini, para ilmuwan masih berusaha untuk menyelesaikan bagaimana Semesta membuat transisi antara "Abad Kegelapan" dan zaman-zaman berikutnya ketika Semesta dipenuhi dengan cahaya.
Periode "reionisasi" ini, yang terjadi 150 juta hingga 1 miliar tahun setelah Big Bang, adalah ketika bintang dan quasar pertama terbentuk. Secara umum diyakini bahwa sinar UV dari bintang-bintang pertama di Alam Semesta bepergian ke luar untuk mengionisasi gas hidrogen (dengan demikian membersihkan kabut). Sebuah studi baru-baru ini juga menunjukkan bahwa lubang hitam yang ada di awal Semesta menciptakan "angin" yang diperlukan yang memungkinkan radiasi pengion ini untuk melarikan diri.
Untuk tujuan ini, FRBs dapat digunakan untuk menyelidiki periode awal Semesta dan menentukan apa yang menghancurkan "kabut" ini dan memungkinkan cahaya untuk melarikan diri. Mempelajari FRB yang sangat jauh dapat memungkinkan para ilmuwan untuk mempelajari di mana, kapan dan bagaimana proses "reionisasi" ini terjadi. Ke depan, Fialkov dan Loeb menjelaskan bagaimana teleskop radio masa depan akan dapat menemukan banyak FRB.
"Observatorium radio masa depan, seperti Square Kilometer Array, akan cukup sensitif untuk mendeteksi FRB dari generasi pertama galaksi di tepi alam semesta yang dapat diamati," kata Prof. Loeb. "Pekerjaan kami memberikan perkiraan pertama jumlah dan sifat dari kilatan pertama gelombang radio yang menyala di alam semesta bayi."
Dan kemudian ada Eksperimen Pemetaan Intensitas Hidrogen Kanada (CHIME) di Observatory Astrophysical Radio Dominion di British Columbia, yang baru-baru ini mulai beroperasi. Instrumen-instrumen ini dan lainnya akan berfungsi sebagai alat yang kuat untuk mendeteksi FRB, yang pada gilirannya dapat digunakan untuk melihat wilayah waktu dan ruang yang sebelumnya tak terlihat, dan membuka beberapa misteri kosmologis terdalam.
"[Kami] menemukan bahwa teleskop generasi berikutnya (dengan sensitivitas yang jauh lebih baik daripada yang ada) diharapkan untuk melihat lebih banyak FRB daripada yang diamati hari ini," kata Dr. Fialkov. “Ini akan memungkinkan untuk mengkarakterisasi populasi FRB dan mengidentifikasi asal mereka. Memahami sifat FRB akan menjadi terobosan besar. Setelah sifat-sifat sumber-sumber ini diketahui, FRBs dapat digunakan sebagai suar kosmik untuk menjelajahi Semesta. Salah satu aplikasi adalah untuk mempelajari sejarah reionisasi (transisi fase kosmik ketika gas antar-galaksi diionisasi oleh bintang-bintang). "
Ini adalah pemikiran yang terinspirasi, menggunakan fenomena kosmik alami sebagai alat penelitian. Dalam hal itu, menggunakan FRB untuk menyelidiki objek yang paling jauh di ruang angkasa (dan sejauh waktu yang kita bisa) adalah seperti menggunakan quasar sebagai beacon navigasi. Pada akhirnya, memajukan pengetahuan kita tentang Semesta memungkinkan kita untuk mengeksplorasi lebih banyak tentangnya.
