Langit radio frekuensi rendah pada waktu pancaran sinar kosmik. Kredit gambar: MPIFR. Klik untuk membesarkan.
Dengan menggunakan eksperimen LOPES, prototaip teleskop radio berteknologi tinggi baru LOFAR untuk mengesan zarah sinar kosmik tenaga ultra tinggi, sekumpulan ahli astrofizik, dengan kerjasama Max-Planck-Gesellschaft dan Helmholtz-Gemeinschaft, telah mencatatkan yang paling terang dan terpantas letupan radio yang pernah dilihat di langit. Letupan, yang pengesanannya dilaporkan dalam jurnal Nature edisi minggu ini, adalah kilatan cahaya radio yang dramatis yang muncul lebih dari 1000 kali lebih terang daripada matahari dan hampir sejuta kali lebih cepat daripada kilat biasa. Untuk sekejap sahaja kilatan ini - yang selama ini hampir tidak diketahui - menjadi cahaya paling terang di langit dengan diameter dua kali lebih besar dari bulan.
Eksperimen menunjukkan bahawa kilatan radio dihasilkan di atmosfera Bumi, disebabkan oleh kesan zarah paling bertenaga yang dihasilkan di kosmos. Zarah-zarah ini disebut sinar kosmik tenaga ultra tinggi dan asalnya adalah teka-teki yang berterusan. Ahli astrofizik sekarang berharap penemuan mereka akan memberi penerangan baru mengenai misteri zarah-zarah ini.
Para saintis menggunakan pelbagai antena radio dan sebilangan besar pengesan zarah eksperimen KASCADE-Grande di Forschungszentrum Karlsruhe. Mereka menunjukkan bahawa setiap kali zarah kosmik yang sangat bertenaga menghantam atmosfer Bumi, denyut radio yang sesuai direkam dari arah zarah masuk. Dengan menggunakan teknik pengimejan dari astronomi radio, kumpulan itu bahkan menghasilkan urutan filem digital dari peristiwa ini, menghasilkan filem terpantas yang pernah dihasilkan dalam astronomi radio. Pengesan zarah memberi mereka maklumat asas mengenai sinar kosmik yang masuk.
Para penyelidik dapat menunjukkan bahawa kekuatan isyarat radio yang dipancarkan adalah ukuran langsung tenaga sinar kosmik. "Sangat mengagumkan bahawa dengan antena radio FM sederhana kita dapat mengukur tenaga zarah yang berasal dari kosmos" kata Prof Heino Falcke dari Belanda Foundation for Research in Astronomy (ASTRON) yang merupakan jurucakap kolaborasi LOPES. "Sekiranya kita mempunyai mata radio yang sensitif, kita akan melihat langit berkilau dengan kilatan radio", tambahnya.
Para saintis menggunakan sepasang antena yang serupa dengan yang digunakan pada penerima radio FM biasa. "Perbezaan utama radio normal adalah elektronik digital dan penerima jalur lebar, yang membolehkan kita mendengar banyak frekuensi sekaligus", jelas Dipl. Fiz. Andreas Horneffer, pelajar siswazah University of Bonn dan International Max-Planck Research School (IMPRS), yang memasang antena sebagai sebahagian daripada projek PhDnya.
Pada prinsipnya sebilangan kilat radio yang dikesan sebenarnya cukup kuat untuk menghilangkan penerimaan radio atau TV konvensional untuk waktu yang singkat. Untuk menunjukkan kesan ini, kumpulan telah menukar penerimaan radio mereka dari peristiwa sinar kosmik menjadi trek bunyi (lihat di bawah). Walau bagaimanapun, kerana kilatan hanya bertahan selama sekitar 20-30 nanodetik dan isyarat terang berlaku hanya sekali sehari, ia tidak dapat dikenali dalam kehidupan seharian.
Eksperimen ini juga menunjukkan bahawa pelepasan radio bervariasi dalam kekuatan relatif terhadap orientasi medan magnet Bumi. Ini dan hasil lain mengesahkan ramalan asas yang telah dibuat dalam pengiraan teoritis sebelumnya oleh Prof Falcke dan bekas pelajar PhDnya Tim Huege, serta dengan perhitungan Prof Peter Gorham dari University of Hawaii.
Zarah sinar kosmik terus mengebom bumi menyebabkan sedikit letupan zarah unsur yang membentuk sebiji jirim dan zarah-zarah anti-zat bergegas ke atmosfera. Zarah-zarah, elektron dan positron yang paling ringan, dalam rasuk ini akan terpesong oleh medan geomagnetik Bumi yang menyebabkannya memancarkan pancaran radio. Jenis sinaran ini terkenal dari pemecut zarah di Bumi dan disebut sinaran sinkron. Sebagai analogi, ahli astrofizik sekarang bercakap mengenai "geosynchrotron" radiasi kerana interaksi dengan medan magnet Bumi.
Kelipan radio dikesan oleh antena LOPES yang dipasang pada eksperimen pancuran udara sinar kosmik KASCADE-Grande di Forschungszentrum Karlsruhe, Jerman. KASCADE-Grande adalah eksperimen utama untuk mengukur sinar kosmik. "Ini menunjukkan kekuatan untuk melakukan eksperimen fizik astropartikel utama di kawasan sekitar kita - ini memberi kita fleksibiliti untuk juga meneroka idea-idea yang tidak biasa seperti ini" kata Dr Andreas Haungs, jurucakap KASCADE-Grande.
Teleskop radio LOPES (LOFAR Prototype Experimental Station) menggunakan antena prototaip teleskop radio terbesar di dunia, LOFAR, yang akan dibina selepas tahun 2006 di Belanda dan beberapa bahagian di Jerman. LOFAR mempunyai reka bentuk baru yang radikal, menggabungkan banyak antena frekuensi rendah murah yang mengumpulkan isyarat radio dari seluruh langit sekaligus. Dihubungkan dengan internet berkelajuan tinggi superkomputer kemudian mempunyai kemampuan untuk mengesan isyarat yang tidak biasa dan membuat gambar kawasan menarik di langit tanpa menggerakkan bahagian mekanikal. “LOPES mencapai hasil ilmiah utama pertama projek LOFAR yang sudah dalam fasa pembangunan. Ini membuat kita yakin bahawa LOFAR memang akan menjadi revolusioner seperti yang kita harapkan. " jelas Prof Harvey Butcher, pengarah Yayasan Penyelidikan Astronomi Belanda (ASTRON) di Dwingeloo, Belanda, di mana LOFAR kini sedang dibangunkan.
"Ini memang kombinasi yang tidak biasa, di mana ahli fizik nuklear dan ahli astronomi radio bekerjasama untuk membuat eksperimen fizik astropartikel yang unik dan sangat asli", kata Dr. Anton Zensus, pengarah Radioastronomi Max-Planck-Institut (MPIfR) di Bonn. "Ini membuka jalan bagi mekanisme pengesanan baru dalam fizik partikel serta menunjukkan kemampuan menakjubkan dari teleskop generasi berikutnya seperti LOFAR dan kemudian Square Kilometer Array (SKA). Tiba-tiba eksperimen antarabangsa utama di kawasan penyelidikan yang berlainan bergabung "
Sebagai langkah seterusnya para astrofizik ingin menggunakan susunan LOFAR yang akan datang di Belanda dan Jerman untuk penyelidikan astronomi radio dan sinar kosmik. Ujian sedang dijalankan untuk mengintegrasikan antena radio ke Observatorium Pierre Auger untuk sinar kosmik di Argentina dan mungkin kemudian di Observatorium Auger kedua di hemisfera Utara. "Ini mungkin merupakan kejayaan besar dalam teknologi pengesanan. Kami berharap dapat menggunakan teknik baru ini untuk mengesan dan memahami sifat sinar kosmik tenaga tertinggi dan juga untuk mengesan neutrino tenaga ultra tinggi dari kosmos ”, kata Prof Johannes Bl? Mer, pengarah program Fizik Astropartikel dari Persatuan Helmholtz dan di Forschungszentrum Karlsruhe.
Pengesanan tersebut telah disahkan sebahagiannya oleh kumpulan Perancis yang menggunakan teleskop radio besar dari balai cerap Paris di Nan? Ay. Dari segi sejarah, kerja pelepasan radio dari sinar kosmik pertama kali dilakukan pada akhir 1960-an dengan tuntutan pengesanan pertama. Walau bagaimanapun, tidak ada maklumat berguna yang dapat diekstrak dengan teknologi pada masa ini, dan pekerjaan itu berhenti dengan cepat. Kekurangan utama adalah kekurangan keupayaan pengimejan (sekarang dilaksanakan oleh perisian), resolusi waktu rendah, dan kekurangan array pengesan zarah yang dikalibrasi dengan baik. Semua ini telah diatasi dengan eksperimen LOPES.
Sumber Asal: Siaran Berita MPI
