Teleskop Luar Angkasa Sinar Gamma Fermi milik NASA mungkin akhirnya menemukan kekuatan ledakan bintang paling terang yang pernah diamati. Setelah mempelajari data selama bertahun-tahun, tim peneliti internasional telah menemukan bukti kuat bahwa supernova superluminal yang langka ditenagai oleh bintang neutron yang sangat magnetis yang terbentuk selama keruntuhan bintang tersebut.
Misi Fermi adalah bagian dari jaringan observatorium NASA yang dirancang untuk melacak peristiwa di alam semesta dan membantu para ilmuwan lebih memahami cara kerja fenomena kosmik.
“Selama hampir 20 tahun, para astronom telah mencari data Fermi untuk mencari sinyal gamma dari ribuan supernova, dan meskipun beberapa petunjuk menarik telah dilaporkan, hingga saat ini belum ada yang pasti,” kata Fabio Acero, pemimpin studi di Centre national de la recherche scientifique (CNRS) dan Université Paris-Saclay.
Hasilnya dipublikasikan di jurnal Astronomi dan astrofisika.
Supernova langka memancarkan sinar gamma yang kuat
Supernova keruntuhan inti terjadi ketika sebuah bintang masif kehabisan bahan bakar yang dibutuhkan untuk menopang intinya. Tanpa sumber energi ini, inti akan runtuh karena gravitasi dan memicu ledakan dahsyat. Tergantung pada kondisinya, keruntuhan tersebut dapat meninggalkan bintang neutron atau lubang hitam. Sisa bintang diproyeksikan ke luar angkasa sebagai awan gas yang sangat panas yang mengembang.
Selama dua dekade terakhir, para astronom telah mengidentifikasi hampir 400 contoh supernova yang sangat kuat, yang disebut supernova superluminous. Ledakan langka ini bisa bersinar setidaknya 10 kali lebih terang dalam cahaya tampak dibandingkan supernova biasa.
Pada tahun 2024, para peneliti yang dipimpin oleh Li Shang dari Universitas Anhui di Hefei, Tiongkok, menyatakan bahwa Teleskop Area Besar Fermi dapat mendeteksi sinar gamma dari salah satu peristiwa ini bertahun-tahun setelah ledakan.
Objek yang diberi nama SN 2017egm itu meletus di galaksi NGC 3191, sekitar 440 juta tahun cahaya jauhnya di konstelasi Ursa Major. Bahkan pada jarak yang sangat jauh, ia tetap menjadi salah satu supernova superluminous terdekat yang pernah diamati dari Bumi.
“Kami mencari sinar gamma dari enam supernova superluminous terdekat yang diamati selama 16 tahun pertama misi Fermi,” kata Guillem Martí-Devesa, mantan peneliti di Universitas Trieste di Italia dan sekarang menjadi peneliti di Institute of Space Sciences di Barcelona, Spanyol. “Hanya SN 2017egm yang menunjukkan bukti sinar gamma, membenarkan indikasi sebelumnya bahwa beberapa supernova bisa seterang sinar gamma seperti cahaya tampak. Ini membuka jendela baru untuk mempelajari peristiwa menarik ini.”
Magnetar bisa jadi merupakan mesin tersembunyi
Para ilmuwan telah lama memperdebatkan apa yang membuat supernova superluminos memiliki luminositas yang luar biasa. Salah satu penjelasan utamanya adalah magnetar, yaitu bintang neutron dengan medan magnet terkuat di alam semesta. Medan magnetnya bisa 1.000 kali lebih kuat dibandingkan bintang neutron biasa, dan mencapai intensitas sekitar 10 triliun kali lebih besar dibandingkan magnet kulkas.
Untuk melanjutkan penelitian mereka, tim memeriksa dengan cermat sinyal cahaya tampak dan sinar gamma dari SN 2017egm dan membandingkan pengamatan dengan model teoretis yang berbeda.
Sebuah model yang dibuat oleh rekan penulis Indrek Vurm dari Universitas Tartu di Estonia dan Brian Metzger dari Universitas Columbia di New York melacak bagaimana radiasi dan partikel dari magnetar yang baru lahir akan bergerak melalui perluasan puing-puing supernova.
Para peneliti percaya bahwa magnetar yang baru terbentuk dapat berputar beberapa ratus kali per detik. Kecepatan luar biasa ini menghasilkan aliran elektron dan positron yang kuat, yang merupakan versi antimateri dari elektron. Bersama-sama, partikel-partikel ini menciptakan awan besar material berenergi tinggi yang disebut nebula angin magnetar.
Di dalam nebula ini, interaksi antar partikel dapat menghasilkan sinar gamma melalui beberapa cara. Elektron dan positron dapat bertabrakan dan berubah menjadi foton gamma, sedangkan sinar gamma sendiri dapat bertabrakan dan menghasilkan partikel baru. Ketika interaksi ini berlanjut, sebagian besar energi sinar gamma terperangkap di dalam puing-puing supernova dan diubah menjadi cahaya tampak berenergi lebih rendah, sehingga membantu membuat ledakan menjadi sangat terang.
Sinar gamma keluar beberapa bulan kemudian
“Sekitar tiga bulan setelah keruntuhan, saat puing-puing supernova mengembang dan mendingin, sinar gamma mulai keluar,” kata Acero. “Model magnetar ini paling baik dalam mereproduksi kecerahan supernova dan waktu tibanya sinar gamma dalam beberapa bulan pertama, namun kami melihat peluang untuk perbaikan di kemudian hari, ketika cahaya tampak memudar secara tidak teratur.”
Para peneliti berpendapat bahwa proses tambahan kemungkinan mempengaruhi supernova selama penurunan kecerahannya yang berkepanjangan. Hal ini dapat mencakup materi yang jatuh kembali ke magnetar dan tabrakan antara gelombang ledakan yang meluas dan materi yang dikeluarkan oleh bintang berabad-abad sebelum meledak.
Tim juga mempelajari apakah observatorium di masa depan dapat mendeteksi kejadian serupa. Mereka menemukan bahwa Observatorium Teleskop Cerenkov yang akan datang seharusnya mampu mendeteksi supernova seperti SN 2017egm pada jarak hingga sekitar 500 juta tahun cahaya dengan waktu observasi sekitar 50 jam.
Para ilmuwan mengatakan kerja sama di masa depan antara observatorium berbasis darat NASA dan teleskop luar angkasa akan mengungkap lebih banyak lagi tentang ledakan bintang yang dahsyat ini dan objek-objek ekstrem yang tersembunyi di dalamnya.
“Mekanisme motor pusat magnetar yang dibahas dalam makalah ini didasarkan pada banyak kemajuan observasi dan teoritis dalam magnetar selama 20 tahun terakhir,” kata Judy Racusin, wakil ilmuwan proyek untuk misi Fermi di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland. “Mengamati sinar gamma dari supernova akan memberi kita cara baru untuk mengeksplorasi cara kerja supernova.”
