Gambar Hubble Baru Mengungkap Detail Tabrakan Neutron-Star yang Tidak Pernah Sebelum Terlihat


Kembali pada bulan Maret, para astronom mengarahkan Teleskop Luar Angkasa Hubble pada titik jauh di ruang angkasa di mana dua bintang neutron bertabrakan. Menggunakan mata raksasa Hubble, mereka menatap tempat yang jauh itu selama 7 jam, 28 menit dan 32 detik selama enam orbit teleskop di sekitar Bumi. Itu adalah paparan terpanjang yang pernah dibuat dari situs tabrakan, apa yang para astronom sebut gambar "terdalam". Namun tembakan mereka, dilakukan lebih dari 19 bulan setelah cahaya dari tabrakan mencapai Bumi, tidak mengambil sisa-sisa merger bintang neutron. Dan itu berita bagus.

Kisah ini dimulai dengan goyangan pada 17 Agustus 2017. Sebuah gelombang gravitasi, setelah menempuh 130 juta tahun cahaya melintasi ruang angkasa, menyikut laser di Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), detektor gelombang gravitasi yang membentang globe. Sinyal itu mengikuti pola, yang mengatakan pada para peneliti bahwa itu adalah hasil dari penggabungan dua bintang neutron – penggabungan bintang neutron pertama yang pernah terdeteksi. Detektor gelombang gravitasi tidak dapat menentukan dari mana datangnya gelombang, tetapi begitu sinyal datang, para astronom di seluruh dunia beraksi, memburu langit malam untuk mencari sumber ledakan. Mereka segera menemukannya: titik di pinggiran galaksi yang dikenal sebagai NGC4993 telah menyala dengan "kilonova" tabrakan – sebuah ledakan besar yang melemparkan bahan radioaktif yang membusuk dengan cepat ke ruang angkasa dalam tampilan cahaya yang cemerlang.

Terkait: 8 Cara Anda Dapat Melihat Teori Relativitas Einstein dalam Kehidupan Nyata

Beberapa minggu kemudian, NGC4993 berlalu di belakang matahari, dan tidak muncul lagi sampai sekitar 100 hari setelah tanda pertama tabrakan. Pada saat itu, kilonova telah memudar, mengungkapkan "cahaya sisa" dari penggabungan bintang neutron – fenomena yang lebih redup tetapi lebih tahan lama. Antara Desember 2017 dan Desember 2018, para astronom menggunakan Hubble untuk mengamati cahaya sisa 10 kali saat perlahan memudar. Namun, gambar terbaru ini, yang menunjukkan tidak ada perasaan senang sesudahnya atau tanda-tanda tabrakan lainnya, bisa menjadi yang paling penting.

"Kami mampu membuat gambar yang benar-benar akurat, dan itu membantu kami melihat kembali pada 10 gambar sebelumnya dan membuat serangkaian waktu yang benar-benar akurat," kata Wen-fai Fong, seorang astronom di Northwestern University yang memimpin upaya pencitraan terbaru ini.

"Rangkaian waktu" itu menghasilkan 10 pukulan jernih dari perasaan senang sesudah berevolusi seiring waktu. Gambar terakhir dari seri, menunjukkan titik itu di ruang angkasa tanpa ada sisa cahaya, memungkinkan mereka untuk kembali ke gambar sebelumnya dan mengurangi cahaya dari semua bintang di sekitarnya. Dengan semua cahaya bintang yang dihilangkan, para peneliti dibiarkan dengan gambar yang belum pernah terjadi sebelumnya, sangat detail dari bentuk dan evolusi cahaya setelah beberapa waktu.

Ini adalah apa yang tampak sepuluh gambar sebelumnya dengan gambar Fong dikurangi dari mereka.

(Kredit gambar: Wen-fai Fong et al, Teleskop Luar Angkasa Hubble / NASA)

Gambar yang muncul tidak tampak seperti apa pun yang akan kita lihat jika kita melihat ke langit malam hanya dengan mata kita, kata Fong pada Live Science.

"Ketika dua bintang neutron bergabung, mereka membentuk beberapa benda berat – baik bintang neutron besar atau lubang hitam terang – dan mereka berputar sangat cepat. Dan material dikeluarkan di sepanjang kutub," katanya.

Bahan itu lepas landas dengan kecepatan terik dalam dua kolom, satu menunjuk ke atas dari kutub selatan dan satu dari utara, katanya. Saat bergerak menjauh dari lokasi tabrakan, ia menabrak debu dan puing-puing ruang antarbintang lainnya, mentransfer sebagian energi kinetiknya dan membuat materi antarbintang itu berpendar. Energi yang terlibat sangat kuat, kata Fong. Jika ini terjadi di tata surya kita, itu akan jauh melebihi sinar matahari kita.

Terkait: Gerhana Matahari Einstein 1919

Banyak dari yang sudah diketahui dari studi teoritis sebelumnya dan pengamatan tentang perasaan senang sesudahnya, tetapi pentingnya karya Fong bagi para astronom adalah bahwa hal itu mengungkapkan konteks di mana tabrakan asli terjadi.

"Ini adalah karya yang bagus. Ini menunjukkan apa yang kami duga dalam pekerjaan kami dari pengamatan Hubble sebelumnya," kata Joseph Lyman, seorang astronom di University of Warwick di Inggris, yang memimpin penelitian sebelumnya tentang perasaan senang sesudahnya. "Bintang neutron biner tidak bergabung di dalam gugus bola."

Gugus Globular adalah daerah ruang angkasa yang padat dengan bintang-bintang, kata Lyman, yang tidak terlibat dalam upaya baru itu, kepada Live Science. Bintang neutron jarang, dan binari bintang neutron, atau pasangan bintang neutron yang mengorbit satu sama lain, bahkan lebih jarang. Awalnya, para astronom menduga bahwa penggabungan binari bintang neutron kemungkinan besar akan muncul di daerah ruang di mana bintang-bintang berkerumun rapat dan berayun satu sama lain dengan liar. Lyman dan rekan-rekannya, menganalisis bahwa data Hubble sebelumnya, menghasilkan beberapa bukti yang mungkin tidak terjadi. Gambar Fong menunjukkan tidak ada gugus bola yang dapat ditemukan, yang tampaknya mengkonfirmasi bahwa, setidaknya dalam contoh ini, tabrakan bintang neutron tidak memerlukan gugusan bintang yang padat untuk terbentuk.

Salah satu alasan penting untuk mempelajari cahaya purnama ini, kata Fong, adalah bahwa itu mungkin membantu kita memahami semburan sinar gamma pendek – ledakan misterius sinar gamma yang kadang-kadang dideteksi oleh astronom di luar angkasa.

"Kami pikir ledakan ini mungkin adalah dua bintang neutron yang bergabung," katanya.

Perbedaan dalam kasus-kasus tersebut (di atas para astronom yang tidak mendeteksi adanya gelombang gravitasi yang akan mengkonfirmasi sifat mereka) adalah sudut merger ke Bumi.

Bumi memiliki pandangan sisi tentang sisa-sisa dari merger ini, kata Fong. Kita harus melihat cahaya naik dan kemudian memudar seiring waktu.

Tetapi ketika ledakan sinar gamma pendek terjadi, dia berkata, "Sepertinya Anda sedang melihat ke bawah laras firehose."

Salah satu jet pelarian materi dalam kasus itu, katanya, menunjuk ke Bumi. Jadi pertama-tama kita melihat cahaya dari partikel yang bergerak paling cepat, bergerak dengan kecepatan cahaya TK, sebagai flash singkat sinar gamma. Kemudian titik cahaya akan perlahan memudar saat partikel yang bergerak lebih lambat mencapai Bumi dan menjadi terlihat. (Namun, belum ada yang cocok dengan ledakan sinar gamma yang pendek dengan tanda gelombang gravitasi dari penggabungan bintang neutron.)

Makalah baru ini, yang akan diterbitkan dalam Astrophysical Journal Letters, tidak mengkonfirmasi teori itu. Tapi itu menawarkan para peneliti lebih banyak materi daripada yang pernah mereka miliki untuk mempelajari perasaan senang setelah merger bintang neutron.

"Ini adalah iklan yang bagus untuk pentingnya Hubble dalam memahami sistem yang sangat samar ini," kata Lyman, "dan memberikan petunjuk tentang apa kemungkinan lebih lanjut yang dimungkinkan oleh [the James Webb Space Telescope], "penerus besar Hubble yang dijadwalkan akan digunakan pada tahun 2021.

Awalnya diterbitkan pada Sains Langsung.