Para astronom telah lama percaya bahwa Bima Sakti dipenuhi bintang-bintang neutron, sisa-sisa ultra-padat yang tertinggal ketika bintang-bintang masif meledak. Masalahnya adalah sebagian besar objek tersebut hampir mustahil untuk dilihat. Sebuah studi baru yang diterbitkan di Astronomi dan Astrofisika menunjukkan bahwa Teleskop Luar Angkasa Nancy Grace Roman milik NASA yang akan datang akhirnya dapat menemukan beberapa di antaranya.
Dengan menggunakan simulasi lanjutan Bima Sakti dan prediksi pengamatan Romawi di masa depan, para peneliti menemukan bahwa teleskop luar angkasa dapat mendeteksi dan mempelajari lusinan bintang neutron yang terisolasi melalui fenomena yang dikenal sebagai pelensaan mikro gravitasi.
“Sebagian besar bintang neutron relatif redup dan mandiri,” kata Zofia Kaczmarek dari Universitas Heidelberg di Jerman, yang memimpin penelitian tersebut. “Mereka sangat sulit dikenali tanpa bantuan.”
Bagaimana Roman bisa mendeteksi bintang neutron yang tidak terlihat
Bintang neutron memiliki massa lebih besar daripada Matahari, sehingga dikemas menjadi objek seukuran kota. Para ilmuwan mempelajarinya untuk lebih memahami bagaimana bintang berevolusi, meledak, dan mendistribusikan unsur-unsur berat ke seluruh kosmos. Mereka juga menawarkan kesempatan langka untuk mempelajari materi dalam kondisi (tekanan dan kepadatan) paling ekstrem yang bisa dibayangkan.
Kebanyakan bintang neutron tetap tersembunyi kecuali mereka tampak sebagai pulsar yang memancarkan gelombang radio atau bersinar terang dalam sinar-X. Bahkan teleskop paling canggih sekalipun dapat mendeteksi bintang-bintang neutron terisolasi yang menghasilkan sedikit atau bahkan tidak ada cahaya yang dapat dideteksi.
Teleskop Luar Angkasa Romawi dapat menemukannya secara tidak langsung. Ketika sebuah benda masif seperti bintang neutron lewat di depan bintang yang lebih jauh, gravitasinya membelokkan dan memperkuat cahaya dari bintang di belakangnya. Efek ini, yang disebut pelensaan mikro, membuat bintang jauh tampak lebih terang dan sedikit offset di langit untuk sementara.
Banyak teleskop yang dapat mendeteksi kecerahan singkat yang disebabkan oleh pelensaan mikro, namun Roman harus melakukan lebih banyak lagi. Observatorium akan secara akurat mengukur peningkatan kecerahan (fotometri) dan pergerakan posisi kecil (astrometri) bintang di latar belakang.
Karena bintang neutron relatif berat, mereka menghasilkan sinyal astrometrik yang lebih kuat dibandingkan objek yang lebih kecil. Artinya, Roman tidak hanya dapat mendeteksi bintang neutron yang tersembunyi, tetapi juga mengukur massanya, yang sangat sulit dicapai hanya dengan menggunakan fotometri.
“Yang menarik dari penggunaan pelensaan mikro adalah Anda bisa mendapatkan pengukuran massa secara langsung,” kata Peter McGill, salah satu penulis makalah dari Lawrence Livermore National Laboratory. “Fotometri memberi tahu kita bahwa ada sesuatu yang melintas di depan bintang, namun pergeseran posisi bintanglah yang memberi tahu kita massa benda tersebut. Dengan mengukur penyimpangan kecil di langit ini, kita dapat langsung menimbang sesuatu yang sebelumnya tidak terlihat.”
Memecahkan misteri bintang neutron
Pengamatan Roman dapat membantu para ilmuwan menjawab pertanyaan besar tentang bintang neutron dan lubang hitam, termasuk apakah sebenarnya terdapat kesenjangan antara massa mereka. Misi tersebut juga dapat mengungkap seberapa cepat bintang neutron melakukan perjalanan melintasi galaksi.
Para peneliti sangat tertarik pada “tendangan” kuat yang diterima bintang neutron selama ledakan supernova. Peristiwa kekerasan ini dapat mendorong mereka melintasi ruang angkasa dengan kecepatan ratusan kilometer per detik.
Tim berencana untuk menggunakan Survei Domain Waktu Tonjolan Galaksi Roman di masa depan, yang akan berulang kali mengamati jutaan bintang di sebagian besar langit.
“Kami akan mulai bekerja segera setelah data mulai masuk,” kata McGill. “Bahkan dalam beberapa bulan pertama setelah go-live, kami berharap dapat mulai mengidentifikasi peristiwa-peristiwa yang menjanjikan.”
Bahkan sejumlah kecil penemuan yang dikonfirmasi dapat secara signifikan meningkatkan model ledakan bintang dan perilaku materi dalam kondisi ekstrem.
“Kami tidak mengetahui secara pasti distribusi massa bintang neutron, lubang hitam, atau di mana ujung dan ujung lainnya dimulai,” kata McGill. “Roman benar-benar akan menjadi terobosan di bidang ini.”
Populasi tersembunyi menunggu untuk ditemukan
Sejauh ini, para astronom hanya mengidentifikasi beberapa ribu bintang neutron, sebagian besar terdeteksi sebagai pulsar. Namun, para ilmuwan memperkirakan bahwa Bima Sakti dapat menampung antara puluhan hingga ratusan juta bintang neutron. Para peneliti juga hanya mampu mengukur massa bintang neutron dalam sistem biner di mana dua objek mengorbit satu sama lain.
“Kami melihat sampel kecil yang tidak mewakili keseluruhan,” kata Kaczmarek. “Bahkan pengukuran massa tunggal pun akan sangat berguna. Jika kita menemukan satu bintang neutron yang terisolasi, hal itu akan sangat merangsang penelitian kita.”
Studi ini juga menyoroti keuntungan ilmiah yang tidak terduga dari misi Romawi. Meskipun teleskop pada awalnya dirancang terutama untuk menemukan exoplanet menggunakan pelensaan mikro fotometrik, presisi astrometriknya yang canggih dapat membuka pintu bagi jenis penemuan yang benar-benar baru.
“Ini bukan bagian dari rencana awal,” kata McGill. “Tapi ternyata kemampuan astrometri Roman sangat bagus dalam mendeteksi bintang neutron dan lubang hitam, jadi kita bisa menambahkan ilmu pengetahuan baru ke dalam penyelidikan Roman.”
Jika prediksinya benar, Roman dapat memberikan kumpulan besar bintang neutron terisolasi pertama yang terdeteksi hanya melalui efek gravitasinya. Misi ini diharapkan dapat memperluas studi pelensaan mikro secara signifikan dan menemukan populasi objek tersembunyi di seluruh Bima Sakti, termasuk planet jahat dan sisa-sisa bintang seperti bintang neutron.
Teleskop Luar Angkasa Nancy Grace Roman dioperasikan di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland, dengan partisipasi dari Laboratorium Propulsi Jet NASA di California Selatan; Caltech/IPAC di Pasadena, California; Institut Sains Teleskop Luar Angkasa Baltimore; dan tim ilmiah yang terdiri dari ilmuwan dari berbagai lembaga penelitian. Mitra industri utama termasuk BAE Systems Inc. di Boulder, Colorado; Teknologi L3Harris di Rochester, New York; dan Teledyne Scientific & Imaging di Thousand Oaks, California.
