Apa yang mempercepat sinar kosmik hampir dengan kelajuan cahaya? Ahli astronomi telah merenungkan persoalan itu selama hampir 100 tahun, dan kini bukti baru menyokong teori yang diadakan selama dua dekad bahawa sinar kosmik kemungkinan digerakkan oleh bintang dan angin bintang yang meletup. "Penemuan ini telah diramalkan selama hampir 20 tahun, tetapi hingga sekarang tidak ada instrumen yang cukup sensitif untuk melihatnya," kata Wystan Benbow, seorang astrofisikawan di Smithsonian Astrophysical Observatory yang mengkoordinasikan projek ini untuk Sistem Array Teleskop Pengimejan Sinaran Sangat Energetik (VERITAS ) kerjasama.
Hampir 100 tahun yang lalu, saintis mengesan tanda pertama sinar kosmik, yang sebenarnya bukan sinar atau sinar tetapi zarah subatom (kebanyakannya proton) yang melintasi ruang dengan kelajuan cahaya hampir. Sinar kosmik yang paling bertenaga dipukul dengan pukulan bola cepat 98-mph, walaupun lebih kecil daripada atom. Ahli astronomi mempersoalkan kekuatan semula jadi apa yang dapat mempercepat zarah dengan begitu pantas.
Sinar kosmik yang paling jarang membawa tenaga lebih dari 100 bilion kali lebih banyak daripada yang dihasilkan oleh pemecut zarah di Bumi. Ahli astronomi telah merancang kaedah bijak untuk mengesan sinar kosmik yang melanda atmosfer Bumi. Namun, mengesan sinar kosmik dari kejauhan memerlukan lebih banyak usaha.
VERITAS telah menemui bukti baru untuk sinar kosmik di "Cigar Galaxy," juga dikenal sebagai Messier 82 (M82), yang terletak 12 juta tahun cahaya dari Bumi ke arah buruj Ursa Major, yang sangat menyokong penahan lama teori bahawa angin supernova dan bintang dari bintang besar adalah pemecut dominan zarah sinar kosmik.
Galaksi dengan tahap pembentukan bintang yang tinggi seperti M82, juga dikenal sebagai galaksi "starburst", mempunyai sejumlah besar supernova dan bintang besar. Sekiranya teori itu berlaku, maka galaksi starburst seharusnya mengandungi lebih banyak sinar kosmik daripada galaksi biasa. Penemuan VERITAS mengesahkan jangkaan itu, menunjukkan bahawa ketumpatan sinar kosmik di M82 adalah kira-kira 500 kali ganda dari kepadatan purata di Galaxy kita, Bima Sakti.
"Penemuan ini memberikan pandangan mendasar tentang asal-usul sinar kosmik," kata Rene Ong, seorang profesor fizik di University of California, Los Angeles, dan jurucakap kolaborasi VERITAS.
Menggunakan sinar gamma untuk menyimpulkan sinar kosmik
VERITAS tidak dapat mengesan sinar kosmik M82 secara langsung kerana terperangkap di dalam Cigar Galaxy. Sebaliknya, VERITAS mencari petunjuk mengenai keberadaan sinar kosmik: sinar gamma. Sinar gamma adalah bentuk cahaya yang paling bertenaga, jauh lebih kuat daripada sinar ultraviolet atau bahkan sinar-X. Apabila sinar kosmik berinteraksi dengan gas antara bintang dan radiasi dalam M82, mereka menghasilkan sinar gamma, yang kemudian dapat melarikan diri dari galaksi rumah mereka dan mencapai pengesan Earthbound.
Pengumpulan data khusus memerlukan dua tahun untuk mengeluarkan isyarat samar dari M82.
"Kami tahu bahawa pengesanan M82 akan mempunyai implikasi saintifik yang penting. Akibatnya, kami menjadualkan pendedahan yang sangat lama sebaik sahaja eksperimen beroperasi sepenuhnya ”kata Benbow. "Data perlu dianalisis dengan teliti untuk mengekstrak sinyal sinar-gamma, yang lebih dari satu juta kali lebih kecil dari suara latar. Walaupun isyarat hanya sebahagian kecil dari data, kami membuat banyak pemeriksaan untuk kemungkinan bias dan kami yakin bahawa isyarat itu asli. "
"Pengesanan M82 menunjukkan bahawa alam semesta penuh dengan pemecut zarah semula jadi, dan ketika observatorium sinar gamma darat terus meningkat, penemuan lebih lanjut tidak dapat dielakkan." kata Martin Pohl, seorang profesor fizik di Iowa State University yang membantu memimpin kajian ini. Observatorium sinar gamma VHE generasi akan datang, Sistem Pengimejan Sinar Gamma Lanjutan (AGIS), sedang dalam proses pembangunan.
VERITAS dikendalikan oleh kerjasama lebih daripada 100 saintis dari 22 institusi yang berbeza di Amerika Syarikat, Ireland, England dan Kanada. Klik di sini untuk maklumat lebih lanjut mengenai VERITAS.
Kapsyen gambar utama: Gabungan gambar panjang gelombang pelbagai galaksi M82 yang aktif dari Hubble, Chandra, dan Spitzer. Kredit: NASA, ESA, CXC, dan JPL-Caltech
Sumber: Pusat Astrofizik Harvard Smithsonian
