Apa yang mempercepat sinar kosmik ke hampir kecepatan cahaya? Astronom telah merenungkan pertanyaan itu selama hampir 100 tahun, dan sekarang bukti baru mendukung teori yang diadakan selama dua dekade bahwa sinar kosmik kemungkinan ditenagai oleh bintang yang meledak dan angin bintang. "Penemuan ini telah diprediksi selama hampir 20 tahun, tetapi sampai sekarang tidak ada instrumen yang cukup sensitif untuk melihatnya," kata Wystan Benbow, seorang astrofisika di Smithsonian Astrophysical Observatory yang mengoordinasikan proyek ini untuk Sistem Array Teleskop Pencitraan Radiasi Sangat Energetik Pencitraan (VERITAS) ) kolaborasi.
Hampir 100 tahun yang lalu, para ilmuwan mendeteksi tanda-tanda pertama sinar kosmik, yang sebenarnya bukan sinar atau balok tetapi partikel subatomik (kebanyakan proton) yang menembus ruang angkasa hampir dengan kecepatan cahaya. Sinar kosmik paling energetik menghantam dengan pukulan bola cepat 98-mph, meskipun mereka lebih kecil dari atom. Para astronom mempertanyakan kekuatan alami apa yang dapat mempercepat partikel hingga kecepatan seperti itu.
Sinar kosmik paling langka membawa lebih dari 100 miliar kali energi yang dihasilkan oleh akselerator partikel di Bumi. Para astronom telah menemukan metode cerdik untuk mendeteksi sinar kosmik yang menghantam atmosfer Bumi. Namun, mendeteksi sinar kosmik dari kejauhan membutuhkan lebih banyak usaha.
VERITAS telah menemukan bukti baru untuk sinar kosmik di "Galaksi Cerutu," juga dikenal sebagai Messier 82 (M82), yang terletak 12 juta tahun cahaya dari Bumi ke arah rasi bintang Ursa Major, yang sangat mendukung gedung lama teori bahwa supernova dan angin bintang dari bintang masif adalah akselerator partikel kosmik yang dominan.
Galaksi dengan tingkat tinggi pembentukan bintang seperti M82, juga dikenal sebagai galaksi "starburst", memiliki banyak supernova dan bintang masif. Jika teori ini berlaku, maka galaksi starburst harus mengandung lebih banyak sinar kosmik daripada galaksi normal. Penemuan VERITAS menegaskan harapan itu, yang menunjukkan bahwa kepadatan sinar kosmik di M82 adalah sekitar 500 kali kepadatan rata-rata di Galaksi kita, Bima Sakti.
"Penemuan ini memberikan wawasan mendasar tentang asal usul sinar kosmik," kata Rene Ong, seorang profesor fisika di Universitas California, Los Angeles, dan juru bicara untuk kolaborasi VERITAS.
Menggunakan sinar gamma untuk menyimpulkan sinar kosmik
VERITAS tidak dapat mendeteksi sinar kosmik M82 secara langsung karena mereka terperangkap di dalam Cigar Galaxy. Sebaliknya, VERITAS mencari petunjuk keberadaan sinar kosmik: sinar gamma. Sinar gamma adalah bentuk cahaya yang paling energik, jauh lebih kuat daripada sinar ultraviolet atau bahkan sinar-X. Ketika sinar kosmik berinteraksi dengan gas antarbintang dan radiasi dalam M82, mereka menghasilkan sinar gamma, yang kemudian dapat lepas dari galaksi asal mereka dan mencapai detektor yang terhubung ke Bumi.
Butuh dua tahun pengumpulan data khusus untuk menghilangkan sinyal samar yang datang dari M82.
“Kami tahu bahwa deteksi M82 akan memiliki implikasi ilmiah yang penting. Sebagai hasilnya, kami menjadwalkan paparan yang sangat lama segera setelah percobaan menjadi sepenuhnya operasional, ”kata Benbow. “Data perlu dianalisis dengan cermat untuk mengekstraksi sinyal sinar gamma, yang lebih dari satu juta kali lebih kecil dari kebisingan latar belakang. Meskipun sinyal hanya sebagian kecil dari data, kami melakukan banyak pemeriksaan untuk kemungkinan bias dan kami yakin bahwa sinyal tersebut asli. "
"Deteksi M82 menunjukkan bahwa alam semesta penuh dengan akselerator partikel alami, dan ketika observatorium sinar gamma berbasis darat terus meningkat, penemuan lebih lanjut tidak bisa dihindari." kata Martin Pohl, seorang profesor fisika di Iowa State University yang membantu memimpin penelitian. Observatorium sinar gamma VHE generasi mendatang, Advanced Gamma-ray Imaging System (AGIS), sudah dalam pengembangan.
VERITAS dioperasikan oleh kolaborasi lebih dari 100 ilmuwan dari 22 institusi berbeda di Amerika Serikat, Irlandia, Inggris dan Kanada. Klik di sini untuk informasi lebih lanjut tentang VERITAS.
Keterangan gambar utama: Gabungan gambar multi-panjang gelombang galaksi aktif M82 dari Hubble, Chandra, dan Spitzer. Kredit: NASA, ESA, CXC, dan JPL-Caltech
Sumber: Harvard Smithsonian Center for Astrophysics
