[비즈한국] Seni sampul album debut band rock Inggris, Joy Division, yang berjudul ‘Unknown Pleasures’ memang sangat berkesan. Desainnya unik, terdiri dari beberapa baris pola melengkung yang tampak bergetar. Ini sebenarnya adalah data pengamatan spektrum radio yang dipancarkan oleh pulsar pertama yang ditemukan, yaitu PSR B1919+21. Desain tersebut membawa pesan bahwa dunia musik mereka semisterius pulsar itu sendiri.
Pada tahun 1967, astronom Jocelyn Bell menangkap objek langit yang sangat aneh melalui Mullard Radio Astronomy Observatory. Dari satu titik tertentu, datang pulsa radio yang konstan dengan interval yang sangat pendek dan tidak masuk akal. Pulsa radio tersebut muncul setiap 1,337 detik dengan durasi sekitar 0,04 detik. Karena sangat teratur, pada awalnya mereka bahkan tidak percaya bahwa itu adalah fenomena alam. Antara bercanda dan serius, mereka sempat berpikir bahwa itu mungkin sinyal buatan dari alien, sehingga mereka menjuluki sinyal ini ‘Little Green Man’ (LGM), yang berarti manusia hijau kecil.
Sayangnya, identitas pulsa radio ini bukanlah alien. Namun, penemuan ini tidak kalah mencengangkan. Itu adalah bintang neutron yang tersisa setelah bintang yang sangat besar runtuh menjadi gumpalan kecil dengan kepadatan tinggi. Ketika bintang raksasa runtuh menjadi ukuran yang sangat kecil, ia menjadi bintang neutron yang berotasi dengan kecepatan sangat tinggi. Bintang neutron membentuk medan magnet yang kuat, dan sumbu medan magnet tersebut bisa sedikit miring terhadap sumbu rotasi. Mengikuti medan magnetnya, bintang neutron menyemburkan energi yang kuat. Karena sumbu rotasi yang sebenarnya dan sumbu medan magnet sedikit miring, arah pancaran energi (jet) dari bintang neutron juga berputar perlahan pada interval tertentu, seperti cahaya mercusuar yang berputar. Karena bintang ini memancarkan gelombang radio seperti sinyal pulsa yang berkedip secara berkala, ia disebut pulsar.
Biasanya, pulsar adalah bintang neutron yang berotasi sangat cepat, sehingga periode sinyal pulsanya juga sangat singkat. Waktu yang dibutuhkan satu bintang neutron untuk berotasi bahkan tidak sampai satu detik. Hampir setingkat milidetik. Pulsar dengan rotasi tercepat yang pernah ditemukan adalah PSR J1748−2446, yang ditemukan pada tahun 2004. Pulsar ini berotasi sebanyak 43.000 kali dalam satu menit. Jika dilihat dari RPM (rotasi per menit), berarti 43.000 RPM. Saat ini, supercar dengan RPM tertinggi adalah model T50 buatan Gordon Murray yang mencapai 12.100 RPM. Bayangkan, bintang neutron raksasa berputar hampir 3 hingga 4 kali lebih cepat daripada supercar! Jadi, kecepatan tinggi dan periode singkat adalah hal yang lumrah di dunia pulsar.
Namun, baru-baru ini para astronom menemukan pulsar yang berotasi sangat lambat dengan periode yang sangat panjang. Periodenya begitu lama dan lambat hingga muncul pertanyaan apakah ia bisa dikategorikan sebagai pulsar pada umumnya. Mengejutkannya, periode rotasi pulsar aneh ini bukan satu detik atau satu menit, melainkan mencapai 53 menit! Ia berotasi sangat lambat, hampir memakan waktu satu jam untuk satu putaran! Apa sebenarnya identitas pulsar yang berotasi paling lambat sepanjang masa ini?
Pulsar "lamban" yang baru tertangkap ini ditemukan secara kebetulan. Awalnya, para astronom berencana untuk memantau objek langit yang berubah cepat, seperti objek ledakan sinar gamma yang kecerahan cahayanya berubah dengan sangat cepat di langit malam. Karena fenomena ini terjadi sangat cepat dalam sekejap mata, akan sangat mudah untuk melewatkannya jika kita menghabiskan waktu dengan melihat ke arah yang salah. Oleh karena itu, jika memungkinkan, perlu untuk memindai wilayah langit yang luas sekaligus agar bisa menangkap fenomena yang berubah-ubah tersebut dalam satu waktu.
Para astronom menggunakan teleskop radio ASKAP yang terbentang di padang gurun luas Australia Barat. Sebanyak 36 antena berbentuk piringan raksasa berukuran 12 meter masing-masing berkumpul dan menatap langit ke arah yang sama seolah-olah menjadi satu antena besar. Mereka tampak seperti sekawanan meerkat yang berdiri bersama di gurun dan menatap ke arah yang sama. Dengan teleskop ini, mereka dapat memindai area langit seluas total 30 derajat persegi, area sebesar 150 kali ukuran bulan purnama. Melalui cara ini, pada 15 Oktober 2022, mereka memantau langit luas selama enam jam untuk melihat apakah ada fenomena yang kecerahan atau posisinya berubah dengan cepat.
Namun, fenomena aneh yang sama sekali tidak terduga tertangkap. Dari bintang ASKAP J1935+2148 yang berjarak 16.000 tahun cahaya, pulsa sinar gamma sepanjang 10-50 detik berulang kali datang setiap 3.225 detik. Pulsa yang berulang setiap 3.225 detik berarti pulsa tersebut berulang secara sangat lambat setiap 53 menit! Jika melihat bentuk spektrum dari bintang misterius yang teramati kali ini, jelas terlihat seperti pulsar biasa. Hanya saja, satu-satunya perbedaan adalah periodenya yang sangat lambat, bukan dalam hitungan milidetik atau detik, melainkan mencapai 53 menit.
Melalui pengamatan ini, para astronom menemukan fakta bahwa ASKAP J1935+2148 memiliki campuran tiga jenis bentuk pulsa yang sedikit berbeda. Pertama, terdeteksi sebanyak 15 kali sinyal pulsa dengan intensitas terkuat yang memiliki panjang 10-15 detik. Berikutnya, terdapat sinyal pulsa dengan intensitas yang jauh lebih lemah, sekitar 26 kali lebih lemah dibandingkan yang pertama. Sinyal lemah ini dipancarkan dengan durasi singkat sekitar 370 milidetik dan terdeteksi sebanyak dua kali selama periode pengamatan. Terakhir, ada fase di mana bintang tidak memancarkan sinyal pulsa yang jelas. Dengan demikian, ia menunjukkan bentuk yang sangat kompleks di mana sinyal pulsa dengan durasi dan intensitas yang berbeda-beda dipancarkan dengan interval sekitar 53 menit.
Lantas, apa sebenarnya identitas pulsar "si lamban" pemecah rekor ini? Seperti yang dijelaskan sebelumnya, ia tidak bisa dipahami sebagai pulsar yang terbentuk dari bintang neutron runtuh yang berotasi cepat. Periode pulsar bintang neutron paling lambat yang ditemukan sejauh ini saja hanya sekitar 76 detik. Itu adalah tingkat kecepatan satu putaran dalam waktu singkat sedikit di atas satu menit. Dibandingkan dengan itu, periode rotasi pulsar lamban yang baru ditemukan ini adalah 53 menit. (Bukan 53 detik!) Untuk menjelaskan sinyal pulsa yang dipancarkan dengan periode yang sangat lambat ini, kita bisa mempertimbangkan jenis pulsar yang sedikit berbeda: kemungkinan bahwa objek tersebut bukanlah bintang neutron, melainkan katai putih (white dwarf) yang menjadi pulsar.
Secara sederhana, katai putih dapat dianggap sebagai kasus yang tidak terlalu ekstrem dibandingkan bintang neutron. Ketika bintang yang massanya relatif lebih ringan menyelesaikan semua fusi nuklirnya dan menghadapi ajalnya, ia akan membuang materi luarnya, dan yang tersisa di pusatnya adalah inti dengan kepadatan tinggi. Karena tidak dapat lagi melakukan fusi nuklir, ia tidak dapat menghasilkan energi baru, dan panas yang tersisa tepat setelah ledakan perlahan-lahan mendingin. Gumpalan sisa-sisa kecil yang memiliki suhu permukaan panas dan ukuran kecil inilah yang disebut katai putih. Bintang neutron adalah gumpalan sisa yang lebih ekstrem dengan kepadatan jauh lebih tinggi yang tertinggal saat bintang yang jauh lebih berat runtuh.
Faktanya, pada tahun 2016, para astronom memastikan bahwa pulsa radio yang dipancarkan secara berkala dapat diamati tidak hanya dari bintang neutron, tetapi juga dari katai putih. Bintang bernama AR Scorpii, yang terletak 380 tahun cahaya ke arah rasi bintang Scorpio, adalah sistem bintang ganda di mana raksasa merah dan katai putih saling mengorbit. Di sana, para astronom menangkap sinyal pulsa radio yang terpancar secara konstan setiap sekitar 1,97 menit. Tentu saja, periodenya masih lebih singkat dibandingkan pulsar 53 menit yang baru ditemukan ini, namun jauh lebih lambat jika dibandingkan dengan pulsar bintang neutron konvensional yang diketahui berotasi dalam skala milidetik.
Oleh karena itu, ada kemungkinan bahwa pulsar lamban yang tertangkap kali ini juga merupakan pulsar katai putih yang memancarkan pulsa pada interval tertentu sambil didampingi oleh bintang rekanan di dekatnya. Untuk memverifikasi hal ini, para astronom mengamati langit di sekitar ASKAP J1935+2148 melalui instrumen observasi inframerah HWAK-I pada teleskop VLT di Chili. Namun, tidak ditemukan objek langit lain di sekitarnya yang memancarkan inframerah. Kemungkinan bahwa ini adalah pulsar katai putih yang membentuk sistem bintang ganda dengan bintang rekanan di sisinya tampaknya kecil.
Kita bisa mengestimasi perkiraan ukuran bintang ini melalui periode rotasi pulsar, dan hasil analisisnya sangat membingungkan. Setelah mengasumsikan berbagai faktor seperti kekuatan medan magnet bintang dan kelengkungan permukaan bintang dalam rentang yang sangat luas, lalu memasukkan periode rotasi yang sangat lambat yang dikonfirmasi oleh pengamatan ini, hasilnya menunjukkan angka yang mustahil—jauh melampaui ukuran katai putih biasa yaitu 0,14 kali jari-jari matahari. Oleh karena itu, menganggap pulsar ini sekadar sebagai pulsar katai putih juga sulit diterima.
Kemungkinan lain adalah pulsar yang membentuk medan magnet sangat kuat, yakni magnetar. Biasanya, magnetar memancarkan sinyal pulsa kompleks dengan periode berbeda-beda di sekitarnya karena medan magnetnya yang sangat kuat. Bentuk spektrum radio ASKAP J1935+2148 yang anomali dan kompleks kali ini dapat dipahami dengan cara tersebut. Namun, hipotesis ini juga memiliki batasan fatal. Bagaimanapun, magnetar pada akhirnya adalah pulsar bintang neutron dengan medan magnet yang sangat kuat. Hipotesis ini tidak dapat menjawab pertanyaan mendasar tentang bagaimana bintang neutron berdensitas tinggi yang runtuh hingga ukuran sekecil itu bisa berotasi perlahan dengan periode lebih dari 50 menit sambil memancarkan sinyal pulsa.
Lantas, apa sebenarnya identitas pulsar "si lamban" yang ditemukan kali ini? Apakah ia termasuk dalam pulsar bintang neutron yang sudah kita kenal, atau pulsar katai putih yang baru mulai ditemukan belakangan ini? Mungkin saja, kita akan membutuhkan kategori ketiga yang sama sekali berbeda.
Referensi
https://www.nature.com/articles/s41550-024-02277-w
https://www.nature.com/articles/s41550-022-01688-x
https://www.nature.com/articles/nature18620
Siapakah penulis Ji Ung-bae? Dia mencintai kucing dan alam semesta. Sejak kecil, setelah menonton 'Galaxy Express 999', dia memiliki impian untuk menyebarkan keindahan alam semesta. Saat ini, dia meneliti evolusi galaksi melalui interaksi antargalaksi di Pusat Penelitian Evolusi Galaksi dan Laboratorium Kosmologi Dekat di Universitas Yonsei, serta aktif dalam berbagai kegiatan komunikasi sains seperti ceramah dan penulisan. Dia telah menulis buku-buku seperti ‘Observatorium yang Sedang PDKT’, ‘Berpikir Tentang Alam Semesta Sepanjang Hari’, dan ‘Bintang, Sains Cahaya’.