Misi Pensiunan Compton NASA Ungkap Bintang Neutron Super Berat
Para astronom yang mempelajari observasi arsip ledakan kuat yang disebut semburan sinar gamma pendek (GRB) telah mendeteksi pola cahaya yang menunjukkan keberadaan singkat bintang neutron superberat sesaat sebelum runtuh ke dalam lubang hitam. Benda masif yang sekilas ini kemungkinan besar terbentuk dari tabrakan dua bintang neutron.
“Kami mencari sinyal-sinyal ini dalam 700 GRB pendek yang terdeteksi dengan Observatorium Neil Gehrels Swift NASA, Teleskop Luar Angkasa Sinar Gamma Fermi, dan Observatorium Sinar Gamma Compton,” jelas Cecilia Chirenti, seorang peneliti di University of Maryland, College Park (UMCP) dan Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland, yang mempresentasikan temuan tersebut pada pertemuan ke-241 American Astronomical Society di Seattle. "Kami menemukan pola sinar gamma ini dalam dua semburan yang diamati oleh Compton pada awal 1990-an."
Sebuah makalah yang menjelaskan hasilnya, dipimpin oleh Chirenti, diterbitkan Senin, 9 Januari, di jurnal ilmiah Nature.
Bintang neutron terbentuk ketika inti bintang masif kehabisan bahan bakar dan runtuh. Ini menghasilkan gelombang kejut yang menghempaskan sisa bintang dalam ledakan supernova. Bintang neutron biasanya mengemas lebih banyak massa daripada Matahari kita menjadi bola seukuran kota, tetapi di atas massa tertentu, mereka harus runtuh menjadi lubang hitam.
Baik data Compton maupun simulasi komputer mengungkapkan bahwa bintang mega neutron memiliki skala 20% lebih besar daripada bintang neutron paling masif yang diukur dengan tepat—dijuluki J0740+6620—yang beratnya hampir 2,1 kali massa Matahari. Bintang neutron super berat juga memiliki ukuran hampir dua kali ukuran bintang neutron pada umumnya, atau sekitar dua kali panjang Pulau Manhattan.
Bintang mega neutron berputar hampir 78.000 kali per menit—hampir dua kali kecepatan J1748–2446ad, pulsar tercepat yang pernah tercatat. Rotasi yang cepat ini secara singkat menopang objek dari keruntuhan lebih lanjut, memungkinkan mereka untuk eksis hanya dalam sepersepuluh detik, setelah itu mereka melanjutkan untuk membentuk lubang hitam lebih cepat dari kedipan mata.
"Kita tahu bahwa GRB pendek terbentuk ketika bintang neutron yang mengorbit bertabrakan bersama, dan kita tahu mereka akhirnya runtuh menjadi lubang hitam, tetapi urutan peristiwa yang tepat tidak dipahami dengan baik," kata Cole Miller, seorang profesor astronomi di UMCP dan rekannya. -penulis makalah. "Pada titik tertentu, lubang hitam yang baru lahir meletus dengan semburan partikel yang bergerak cepat yang memancarkan kilatan sinar gamma yang intens, bentuk cahaya berenergi tertinggi, dan kami ingin mempelajari lebih lanjut tentang bagaimana itu berkembang."
Simulasi ini melacak gelombang gravitasi dan perubahan kerapatan saat dua bintang neutron yang mengorbit saling bertabrakan. Warna ungu gelap mewakili kerapatan terendah, sedangkan kuning-putih menunjukkan kerapatan tertinggi. Nada yang dapat didengar dan skala frekuensi visual (di kiri) melacak peningkatan frekuensi gelombang gravitasi yang stabil saat bintang neutron mendekat.
Saat objek bergabung pada 42 detik, gelombang gravitasi tiba-tiba melompat ke frekuensi ribuan hertz dan memantul di antara dua nada utama (osilasi kuasiperiodik, atau QPO). Kehadiran sinyal-sinyal ini dalam simulasi semacam itu mengarah pada pencarian dan penemuan fenomena serupa dalam cahaya yang dipancarkan oleh semburan sinar gamma pendek. Kredit: Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA dan Pusat Penelitian STAG/Peter Hammond
GRB pendek biasanya bersinar kurang dari dua detik namun melepaskan energi yang sebanding dengan apa yang dilepaskan oleh semua bintang di galaksi kita selama satu tahun. Mereka dapat dideteksi lebih dari satu miliar tahun cahaya. Penggabungan bintang neutron juga menghasilkan gelombang gravitasi, riak dalam ruang-waktu yang dapat dideteksi oleh semakin banyak observatorium berbasis darat.
Simulasi komputer dari penggabungan ini menunjukkan bahwa gelombang gravitasi menunjukkan lonjakan frekuensi yang tiba-tiba—melebihi 1.000 hertz—saat bintang-bintang neutron bergabung. Sinyal-sinyal ini terlalu cepat dan redup untuk dideteksi oleh observatorium gelombang gravitasi yang ada. Tapi Chirenti dan timnya beralasan bahwa sinyal serupa bisa muncul dalam emisi sinar gamma dari GRB pendek.
Para astronom menyebut sinyal ini osilasi kuasiperiodik, atau disingkat QPO. Tidak seperti, katakanlah, dering garpu tala yang stabil, QPO dapat terdiri dari beberapa frekuensi dekat yang bervariasi atau menghilang seiring waktu. QPO sinar gamma dan gelombang gravitasi berasal dari pusaran materi yang berputar-putar saat dua bintang neutron bergabung.
Meskipun tidak ada QPO sinar gamma yang terwujud dalam semburan Swift dan Fermi, dua GRB pendek yang direkam oleh Eksperimen Burst And Transient Source (BATSE) Compton pada 11 Juli 1991, dan 1 November 1993, sesuai dengan kebutuhan.
Area yang lebih luas dari instrumen BATSE membuatnya lebih unggul dalam menemukan pola-pola samar ini — kedipan yang menunjukkan keberadaan bintang mega neutron. Tim menilai peluang gabungan dari sinyal-sinyal ini yang terjadi secara kebetulan saja kurang dari 1 banding 3 juta.
“Hasil ini sangat penting karena mereka mengatur panggung untuk pengukuran bintang neutron hipermasif di masa depan oleh observatorium gelombang gravitasi,” kata Chryssa Kouveliotou, ketua departemen fisika di Universitas George Washington di Washington, yang tidak terlibat dalam pekerjaan tersebut.
Pada tahun 2030-an, detektor gelombang gravitasi akan peka terhadap frekuensi kilohertz, memberikan wawasan baru tentang umur pendek bintang neutron berukuran besar. Sampai saat itu, pengamatan sinar gamma yang sensitif dan simulasi komputer tetap menjadi satu-satunya alat yang tersedia untuk menjelajahinya.
Instrumen BATSE Compton dikembangkan di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall NASA di Huntsville, Alabama, dan memberikan bukti kuat pertama bahwa semburan sinar gamma terjadi jauh di luar galaksi kita. Setelah beroperasi selama hampir sembilan tahun, Compton Gamma Ray Observatory dideorbit pada 4 Juni 2000, dan hancur saat memasuki atmosfer bumi. Goddard mengelola misi Swift dan Fermi.
