Sejak 2007, para astronom telah merekam sekitar 20 pulsa radio misterius, yang sumbernya terletak jauh di luar Galaksi kita. Kolumnis BBC Earth memutuskan untuk mencari tahu lebih banyak tentang fenomena ini.
Tidak ada kekurangan fenomena aneh dan tidak sepenuhnya dipahami di Alam Semesta - dari lubang hitam hingga planet aneh. Ilmuwan memiliki sesuatu untuk dipikirkan.
Namun satu misteri belakangan ini menjadi perhatian khusus para astronom - semburan misterius emisi radio di luar angkasa, yang dikenal sebagai pulsa radio cepat.
Mereka hanya bertahan beberapa milidetik, tetapi mereka melepaskan sekitar satu juta kali lebih banyak energi daripada yang dihasilkan Matahari selama periode waktu yang sama.
Sejak penemuan impuls pertama pada tahun 2007, para astronom telah berhasil mencatat kurang dari 20 kasus seperti itu - semua sumber mereka terletak di luar galaksi kita dan tersebar merata di langit.
Namun, teleskop cenderung mengamati sebagian kecil langit pada waktu tertentu.
Jika kita mengekstrapolasi data yang diperoleh ke seluruh langit, maka, seperti yang diasumsikan para astronom, jumlah pulsa radio tersebut bisa mencapai 10 ribu per hari.
Dan tidak ada yang tahu alasan fenomena ini.
Video promosi:
Para astronom, tentu saja, memiliki banyak kemungkinan penjelasan, beberapa di antaranya terdengar sangat eksotis: tabrakan bintang neutron, ledakan lubang hitam, putusnya string kosmik, dan bahkan hasil aktivitas kecerdasan luar angkasa.
“Sekarang ada lebih banyak teori yang mencoba menjelaskan sifat pulsa radio cepat daripada yang sebenarnya ada,” kata Duncan Lorimer, seorang peneliti di US University of West Virginia dan pemimpin tim peneliti yang menemukan pulsa radio cepat pertama (juga disebut pulsa Lorimer). "Ini adalah lahan subur bagi para ahli teori."
Tetapi bahkan jika penjelasan tentang sifat pulsa radio cepat ternyata jauh lebih umum, penjelasan itu masih bisa sangat bermanfaat bagi sains.
Mereka pasti akan merevolusi pemahaman kita tentang alam semesta.
Sinyal radio ini seperti sinar laser yang menembus alam semesta dan menghadapi medan magnet, plasma, dan fenomena kosmik lainnya di jalurnya.
Dengan kata lain, mereka menangkap informasi tentang ruang antar galaksi di sepanjang jalan dan dapat mewakili alat unik untuk menjelajahi alam semesta.
"Mereka pasti akan merevolusi pemahaman kita tentang alam semesta karena mereka dapat digunakan untuk membuat pengukuran yang sangat akurat," kata Peng Wee-Li, ahli astrofisika di Universitas Toronto.
Tetapi sebelum itu terjadi, para ilmuwan perlu lebih memahami sifat pulsa radio cepat.
Para astronom telah membuat kemajuan yang menjanjikan di bidang ini selama beberapa bulan terakhir.
Hal pertama yang mengejutkan Lorimer tentang denyut nadi yang ditemukannya adalah intensitasnya.
Lorimer dan koleganya meninjau kumpulan data arsip yang dikumpulkan dengan Teleskop Radio Taman di Australia. Mereka mencari pulsa radio - misalnya, yang dipancarkan oleh bintang neutron yang berputar cepat, yang disebut pulsar.
Saya sangat bersemangat malam itu sehingga saya tidak bisa tidur
Matthew Bales, astronom
Bintang-bintang ini, masing-masing berdiameter sebuah kota besar, memiliki kerapatan seperti inti atom dan dapat berputar dengan kecepatan melebihi 1000 putaran per detik.
Pada saat yang sama, mereka memancarkan aliran pancaran radio yang sempit, dalam hubungannya dengan itu mereka juga disebut suar luar angkasa.
Sinyal radio yang dipancarkan oleh pulsar terlihat seperti denyutan bagi pengamat dari Bumi.
Tetapi sinyal yang terdeteksi oleh tim Lorimer sangat aneh.
“Itu sangat kuat sehingga membanjiri komponen elektronik teleskop,” kenang Lorimer. "Ini sangat tidak biasa untuk sumber radio."
Denyut nadi berlangsung sekitar 5 milidetik, setelah itu intensitasnya turun.
“Saya ingat pertama kali saya melihat diagram momentum,” kata anggota tim Lorimer, Matthew Bales, seorang astronom di Swinburne University of Technology, Australia. "Saya sangat gembira malam itu sehingga saya tidak bisa tidur."
Selama sekitar lima tahun setelah penemuan dorongan Lorimer, itu tetap menjadi anomali yang tidak dapat dijelaskan.
Beberapa ahli percaya bahwa itu hanya gangguan instrumental. Dan dalam sebuah studi yang diterbitkan pada tahun 2015, dikatakan bahwa pulsa dengan parameter serupa dicatat selama pengoperasian gelombang mikro yang dipasang di bagian ekonomi dari Observatorium Taman.
Sumber mereka berada di luar Galaksi kita, kemungkinan milyaran tahun cahaya dari Bumi.
Namun, sejak 2012, para astronom yang bekerja di teleskop lain telah mendeteksi beberapa gelombang radio serupa, sehingga memastikan bahwa sinyal tersebut sebenarnya berasal dari luar angkasa.
Dan tidak hanya dari luar angkasa - sumbernya terletak di luar Galaksi kita, kemungkinan milyaran tahun cahaya dari Bumi. Asumsi ini dibuat berdasarkan pengukuran fenomena yang dikenal sebagai efek dispersi.
Selama perjalanan mereka melalui alam semesta, gelombang radio berinteraksi dengan elektron plasma yang bertemu mereka di jalan. Interaksi ini menyebabkan perlambatan perambatan gelombang, tergantung pada frekuensi sinyal radio.
Gelombang radio berfrekuensi lebih tinggi sampai ke pengamat sedikit lebih cepat daripada gelombang radio berfrekuensi rendah.
Dengan mengukur perbedaan dalam nilai-nilai ini, para astronom dapat menghitung berapa banyak plasma yang harus diteruskan sinyal ke pengamat, yang memberi mereka perkiraan tentang jarak sumber pulsa radio.
Gelombang radio yang datang dari galaksi lain kepada kita bukanlah hal baru. Hanya saja sebelum ditemukannya gelombang radio cepat, para ilmuwan tidak mengamati sinyal dengan intensitas setinggi itu.
Keberadaan sinyal, yang intensitasnya satu juta kali lebih besar dari apa pun yang terdeteksi sebelumnya, membangkitkan imajinasi
Jadi, quasar - inti galaksi aktif, di dalamnya, seperti yang diyakini para ilmuwan, adalah bintang hitam masif - memancarkan sejumlah besar energi, termasuk dalam jangkauan radio.
Tetapi quasar yang terletak di galaksi lain sangat jauh dari kita sehingga sinyal radio yang diterima darinya sangat lemah.
Mereka dapat dengan mudah ditenggelamkan bahkan oleh sinyal radio dari ponsel yang ditempatkan di permukaan bulan, kata Bailes.
Denyut radio cepat adalah masalah lain. “Keberadaan sinyal yang sejuta kali lebih kuat dari apapun yang terdeteksi sebelumnya sangatlah menarik,” kata Bailes.
Terutama mengingat fakta bahwa gelombang radio yang cepat dapat menunjukkan fenomena fisik baru yang belum dijelajahi.
Salah satu penjelasan paling ambigu untuk asal usul mereka berkaitan dengan apa yang disebut string kosmik - lipatan satu dimensi ruang-waktu hipotetis yang dapat membentang setidaknya puluhan parsec.
Beberapa dari string ini mungkin superkonduktor, dan arus listrik dapat mengalir melaluinya.
Menurut hipotesis yang diajukan pada tahun 2014, string kosmik terkadang putus, menghasilkan ledakan radiasi elektromagnetik.
Atau, kata Penh, penyebab ledakan ini bisa jadi adalah ledakan lubang hitam.
Medan gravitasi lubang hitam begitu masif sehingga cahaya yang masuk pun tidak dapat melarikan diri kembali.
Jika kita berasumsi bahwa pada tahap awal perkembangan alam semesta, lubang hitam kecil terbentuk di dalamnya, maka sekarang mereka mungkin menguap.
Namun, di tahun 1970-an. Fisikawan teoretis Inggris yang terkenal Stephen Hawking menyatakan bahwa energi dapat menguap dari permukaan lubang hitam yang menua.
Jika kita berasumsi bahwa pada tahap awal perkembangan Alam Semesta, lubang hitam kecil telah terbentuk di dalamnya, maka sekarang mereka mungkin menguap dan akhirnya meledak, yang menyebabkan emisi emisi radio seketika.
Pada Februari 2016, para astronom mengumumkan bahwa mereka mungkin telah membuat terobosan dalam penelitian.
Sebuah tim ilmuwan yang dipimpin oleh Evan Keehan yang bekerja di markas besar interferometer radio Square Kilometer Array di British Jodrell Bank Astrophysical Center, menganalisis parameter dari satu pulsa radio cepat yang direkam pada April 2015.
Menurut kesimpulan para astronom, sumber pulsa radio berada di galaksi yang terletak 6 miliar tahun cahaya dari kita dan terdiri dari bintang-bintang tua.
Dalam hal ini, parameter pulsa radio yang diamati menunjukkan kemungkinan setidaknya satu skenario: tabrakan bintang neutron berpasangan
Untuk pertama kalinya, para peneliti dapat menentukan lokasi sumber emisi radio dengan akurasi galaksi, yang dianggap oleh komunitas ilmiah sebagai penemuan yang sangat penting.
“Mengidentifikasi galaksi yang berisi sumber gelombang radio cepat adalah bagian dari teka-teki,” kata Bales, yang juga bekerja di tim Keehan. "Jika kita bisa menentukan galaksi, kita bisa mengetahui seberapa jauh dari kita sumbernya."
Setelah itu, Anda dapat secara akurat mengukur jumlah energi pulsa dan mulai membuang teori yang paling tidak masuk akal mengenai asalnya.
Dalam kasus ini, parameter pulsa radio yang diamati menunjukkan kemungkinan setidaknya satu skenario: tabrakan bintang neutron berpasangan berputar mengelilingi satu sama lain.
Tampaknya misteri sifat pulsa radio cepat hampir terpecahkan. “Saya sangat senang dengan hasil penelitian ini,” kata Lorimer.
Tetapi hanya beberapa minggu kemudian, ilmuwan Edo Berger dan Peter Williams dari Universitas Harvard mempertanyakan teori tersebut.
Kesimpulan tim Keehan didasarkan pada pengamatan fenomena tersebut, yang diinterpretasikan oleh para ilmuwan sebagai pelemahan sinyal radio setelah berakhirnya pulsa radio cepat.
Sumber sinyal yang memudar dapat dipercaya terletak di galaksi yang terletak 6 miliar tahun cahaya dari Bumi, dan para peneliti percaya bahwa gelombang radio cepat berasal dari sana.
Namun, menurut Berger dan Williams, apa yang diambil Kian untuk sinyal radio sisa - memudar tidak ada hubungannya dengan pulsa radio yang cepat.
Mereka dengan hati-hati menganalisis karakteristik sinyal sisa dengan mengarahkan teleskop radio American Very Large Array ke galaksi yang jauh.
Tabrakan bintang neutron terjadi beberapa kali lipat lebih jarang daripada kemungkinan frekuensi pulsa radio cepat, sehingga semua kasus yang tercatat tidak dapat dijelaskan hanya dengan fenomena ini.
Diketahui bahwa kita berbicara tentang fenomena terpisah yang disebabkan oleh fluktuasi kecerahan galaksi itu sendiri karena fakta bahwa di tengahnya terdapat lubang hitam supermasif, menyerap gas dan debu kosmik.
Dengan kata lain, galaksi yang berkelap-kelip bukanlah tempat di mana gelombang radio cepat dipancarkan. Hanya saja kebetulan berada di bidang pandang teleskop - baik di belakang sumber yang sebenarnya, atau di depannya.
Dan jika pulsa radio tidak dikirim dari galaksi ini, mungkin itu bukan disebabkan oleh tabrakan dua bintang neutron.
Skenario neutron memiliki titik lemah lainnya. "Frekuensi emisi pulsa radio cepat jauh lebih tinggi daripada frekuensi radiasi yang diharapkan dari tabrakan bintang neutron," kata Maxim Lyutikov dari American University of Purdue.
Selain itu, tabrakan bintang neutron terjadi beberapa kali lipat lebih jarang daripada kemungkinan frekuensi pulsa radio cepat, sehingga semua kasus yang tercatat tidak dapat dijelaskan hanya dengan fenomena ini.
Dan segera, bukti ilmiah baru semakin mengurangi kemungkinan penjelasan semacam itu.
Pada Maret 2016, sekelompok astronom melaporkan penemuan yang menakjubkan. Mereka mempelajari denyut radio yang direkam pada tahun 2014 oleh Arecibo Observatory di Puerto Rico. Ternyata ini bukan peristiwa tunggal - dorongan itu diulang sebanyak 11 kali selama 16 hari.
“Ini adalah penemuan terbesar sejak ledakan radio cepat pertama,” kata Penh. "Ini mengakhiri sejumlah besar hipotesis yang diajukan sejauh ini."
Semua pulsa radio cepat yang direkam sebelumnya adalah satu kali pengulangan sinyal dari sektor langit yang sama tidak direkam.
Oleh karena itu, para ilmuwan berasumsi bahwa itu bisa menjadi konsekuensi dari bencana alam kosmik, dalam setiap kasus terjadi hanya sekali - misalnya, ledakan lubang hitam atau tabrakan bintang neutron.
Tetapi teori seperti itu tidak menjelaskan kemungkinan (dalam beberapa kasus) pengulangan pulsa radio secara berurutan. Apa pun penyebab rangkaian impuls semacam itu, kondisi kemunculannya harus dipertahankan untuk waktu tertentu.
Keadaan ini secara signifikan mempersempit daftar hipotesis yang mungkin.
Salah satunya, yang sedang diteliti Buttercup, mengatakan bahwa pulsar muda - bintang neutron yang berotasi dengan kecepatan hingga satu revolusi per milidetik - dapat menjadi sumber pulsa radio yang cepat.
Buttercup menyebut objek tersebut sebagai pulsar pada steroid.
Seiring waktu, rotasi pulsar melambat, dan sebagian energi rotasi dapat dikeluarkan ke luar angkasa dalam bentuk emisi radio.
Tidak sepenuhnya jelas bagaimana tepatnya pulsar dapat memancarkan gelombang radio yang cepat, tetapi diketahui bahwa mereka mampu memancarkan gelombang radio pendek.
Jadi, pulsar yang terletak di Nebula Kepiting tersebut diperkirakan berumur sekitar 1000 tahun. Ia relatif muda dan merupakan salah satu pulsar terkuat yang kita kenal.
Semakin muda pulsar, semakin cepat rotasinya dan semakin banyak energi yang dimilikinya. Buttercup menyebut objek seperti itu "pulsar dengan steroid".
Dan meskipun pulsar di Nebula Kepiting sekarang tidak memiliki cukup energi untuk memancarkan gelombang radio yang cepat, ada kemungkinan bahwa segera setelah kemunculannya, ia dapat melakukannya.
Hipotesis lain mengatakan bahwa sumber energi untuk gelombang radio cepat bukanlah rotasi bintang neutron, tetapi medan magnetnya, yang bisa ribuan triliun kali lebih kuat dari Bumi.
Bintang neutron dengan medan magnet yang sangat kuat, yang disebut magnetar, dapat memancarkan pulsa radio cepat melalui proses yang serupa dengan yang menghasilkan jilatan api matahari.
Ada banyak magnetar di alam semesta
Saat magnetar berputar, medan magnet di korona - lapisan luar tipis atmosfer - mengubah konfigurasi dan menjadi tidak stabil.
Di beberapa titik, garis bidang ini berperilaku seolah-olah Anda mengklik cambuk. Aliran energi dilepaskan, mempercepat partikel bermuatan, yang memancarkan pulsa radio.
“Ada banyak magnetar di alam semesta,” kata Bales. "Mereka terkenal karena ketidakstabilan mereka, yang, mungkin, menjelaskan terjadinya gelombang radio yang cepat."
Hipotesis yang berkaitan dengan bintang neutron lebih konservatif dan didasarkan pada fenomena yang dipelajari dengan relatif baik, oleh karena itu, mereka tampaknya lebih mungkin.
“Semua hipotesis tentang terjadinya gelombang radio cepat, yang saya anggap serius dan sedang saya diskusikan secara serius dengan rekan-rekan saya, berkaitan dengan bintang neutron,” kata Bales.
Namun, dia mengakui bahwa pendekatan ini bisa jadi hanya sepihak. Banyak astronom yang mempelajari pulsa radio cepat juga mempelajari bintang neutron, sehingga kecenderungan mereka untuk melihat bintang neutron melalui prisma yang terakhir dapat dimengerti.
Mungkin kita berurusan dengan aspek fisika yang belum dijelajahi
Ada juga penjelasan yang lebih tidak konvensional. Misalnya, sejumlah peneliti telah menyarankan bahwa gelombang radio cepat muncul sebagai akibat dari tabrakan pulsar dengan asteroid.
Ada kemungkinan bahwa beberapa hipotesis benar sekaligus, dan masing-masing hipotesis menjelaskan kasus tertentu terjadinya pulsa radio cepat.
Mungkin beberapa impuls berulang, sementara yang lain tidak, yang tidak sepenuhnya mengesampingkan hipotesis tabrakan bintang neutron dan bencana alam lain dalam skala kosmik.
“Ternyata jawabannya sangat sederhana,” kata Lyutikov. "Tapi mungkin juga terjadi bahwa kita berurusan dengan aspek fisika yang belum dijelajahi, dengan fenomena astrofisika baru."
Terlepas dari apa sebenarnya gelombang radio cepat itu, mereka bisa sangat bermanfaat bagi ilmu ruang angkasa.
Misalnya, mereka dapat digunakan untuk mengukur volume materi di alam semesta.
Seperti yang telah disebutkan, gelombang radio bertemu plasma intergalaksi dalam perjalanannya, yang memperlambat kecepatannya tergantung pada frekuensi gelombangnya.
Selain dapat mengukur jarak ke sumber sinyal, perbedaan kecepatan gelombang juga memberikan gambaran tentang berapa banyak elektron antara galaksi kita dan sumber radiasi.
“Gelombang radio dikodekan dengan informasi tentang elektron yang menyusun alam semesta,” kata Bailes.
Sebelumnya, para ilmuwan terutama terlibat dalam topik ini di waktu luang mereka dari penelitian dasar.
Ini memberi para ilmuwan kesempatan untuk memperkirakan secara kasar jumlah materi biasa di ruang angkasa, yang akan membantu mereka di masa depan saat menghitung model kemunculan alam semesta.
Keunikan dari gelombang radio cepat adalah bahwa mereka semacam sinar laser kosmik, kata Pen.
Mereka menembus ruang ke arah tertentu dan cukup kuat untuk memberikan akurasi pengukuran yang superior.
“Ini adalah alat ukur paling akurat yang tersedia bagi kami untuk mempelajari objek jauh dalam jarak pandang,” jelasnya.
Jadi, menurutnya, pulsa radio cepat dapat mengetahui struktur plasma dan medan magnet di dekat sumber radiasi.
Saat plasma melewatinya, gelombang radio dapat berkedip, seperti bintang yang berkelap-kelip jika dilihat melalui atmosfer bumi.
Mengukur karakteristik kilau ini akan memungkinkan para astronom mengukur ukuran wilayah plasma dengan akurasi beberapa ratus kilometer. Karena potensi ilmiah yang tinggi, dan paling tidak karena fenomena yang tidak dapat dijelaskan, dalam beberapa tahun terakhir, minat para ilmuwan terhadap gelombang radio cepat telah tumbuh secara signifikan.
“Sebelumnya, para ilmuwan terutama terlibat dalam topik ini di waktu luang mereka dari penelitian dasar,” catat Lorimer.
Sekarang para astronom secara intens mencari pulsa radio cepat di wilayah langit yang belum dijelajahi dan terus mengamati sektor langit di mana fenomena ini telah terekam - dengan harapan dapat mendaftarkannya.
Pada saat yang sama, kekuatan teleskop di seluruh dunia digunakan, karena ketika satu denyut nadi diamati dari beberapa observatorium, kemungkinan penghitungan koordinat sumber yang lebih akurat meningkat secara signifikan.
Jadi, dalam beberapa tahun mendatang, teleskop radio seperti CHIME Kanada (Eksperimen Pemetaan Intensitas Hidrogen Kanada) akan dapat mengamati area luas di langit dan mencatat ratusan pulsa radio cepat.
Semakin banyak data yang dikumpulkan, fenomena pulsa radio cepat akan semakin dimengerti. Mungkin suatu saat rahasia mereka akan terungkap.
