Jarum di Tumpukan Jerami Kosmik

Pusat Galaksi Bimasakti adalah salah satu lingkungan paling ekstrem di alam semesta yang diketahui. Mengitari Sagitarius A*, lubang hitam supermassif yang mengandung kurang lebih empat juta kali massa Matahari kita, adalah pusaran gas, debu, radiasi intens, dan gaya gravitasi yang memutar struktur ruang-waktu itu sendiri. Para ilmuwan telah lama berteori bahwa pulsar — bintang neutron yang berputar cepat yang memancarkan berkas gelombang radio seperti mercusuar kosmik — harus ada di wilayah ini, namun mendeteksinya terbukti sangat sulit. Sekarang, sebuah tim dari Universitas Columbia telah berhasil melakukan hal tersebut, mengidentifikasi kandidat pulsar milidetik yang berputar dengan periode hanya 8,19 milidetik di pusat galaksi.

Penemuan ini, dipublikasikan di The Astrophysical Journal, berasal dari Survei Pusat Galaksi Breakthrough Listen, salah satu penyelidikan radio paling sensitif yang pernah dilakukan di jantung galaksi kami yang bergejolak. Dipimpin oleh lulusan PhD Columbia baru-baru ini Karen I. Perez dan turut dipengaruhi oleh Slavko Bogdanov dari Laboratorium Astrofisika Columbia, penelitian ini mewakili bertahun-tahun pengamatan yang cermat dan analisis data menggunakan Teleskop Green Bank di Virginia Barat.

Mengapa Pulsar Milidetik Penting

Pulsar adalah sisa yang runtuh dari bintang masif yang mengakhiri kehidupan mereka dalam ledakan supernova. Apa yang tertinggal adalah bintang neutron yang sangat padat — sebuah bola berukuran kira-kira sebesar kota tetapi mengandung lebih banyak massa daripada Matahari — yang berputar cepat dan memancarkan berkas radiasi elektromagnetik yang terfokus. Ketika pulsar berputar, berkas-berkas ini menyapu ruang angkasa seperti berkas mercusuar, menciptakan pulsa reguler yang dapat dideteksi oleh teleskop radio di Bumi.

Pulsar milidetik adalah subkelas khusus yang berputar sangat cepat, menyelesaikan ratusan rotasi per detik. Laju rotasi luar biasa mereka membuat perilaku waktu mereka sangat stabil — dalam beberapa kasus menyamai jam atom dalam presisi. Stabilitas ini adalah apa yang membuat mereka menjadi alat yang sangat berharga untuk eksperimen fisika fundamental, karena setiap penyimpangan dari waktu yang diharapkan dapat mengungkapkan pengaruh gaya eksternal, termasuk gravitasi.

Kandidat pulsar yang diidentifikasi dekat Sagitarius A* menyelesaikan rotasi penuh setiap 8,19 milidetik, menempatkannya dengan kuat dalam kategori milidetik. Pada tingkat ini, ia akan berputar sekitar 122 kali per detik — angka yang menakjubkan untuk objek yang mungkin memiliki berat lebih dari Matahari kita.

Laboratorium untuk Teori Einstein

Kegembiraan ilmiah yang mengelilingi penemuan ini meluas jauh melampaui deteksi pulsar lain. Pulsar milidetik yang mengorbit dekat lubang hitam supermassif akan menciptakan apa yang para fisikawan jelaskan sebagai laboratorium alami ideal untuk menguji relativitas umum dalam kondisi yang tidak dapat direplikasi di Bumi atau di tempat lain di alam semesta yang dapat diamati.

Teori relativitas umum Einstein, yang dipublikasikan pada tahun 1915, memprediksi bahwa objek masif memutar geometri ruang-waktu di sekitarnya. Dekat lubang hitam supermassif, efek pemutar ini menjadi ekstrem. Sinyal waktu yang presisi dari pulsar milidetik yang melewati ruang-waktu yang terputar ini akan membawa anomali yang terukur — penyimpangan kecil tetapi dapat dideteksi dari pola pulsa biasa yang mengkodekan informasi tentang lingkungan gravitasi.

Dengan cermat memantau anomali waktu ini selama berbulan-bulan dan bertahun-tahun, para ilmuwan dapat menguji apakah prediksi relativitas umum bertahan dalam kondisi gravitasi paling ekstrem yang mungkin. Setiap perbedaan antara perilaku yang diamati dan diprediksi dapat menunjukkan ke fisika baru di luar kerangka Einstein, yang berpotensi memberikan petunjuk tentang sifat gravitasi pada tingkat kuantum — salah satu masalah yang belum terpecahkan paling dalam dalam fisika modern.

Tantangan Deteksi

Menemukan pulsar dekat pusat galaksi sangat sulit untuk beberapa alasan. Wilayah ini penuh dengan gas dan debu yang menyebarkan dan menyerap sinyal radio, fenomena yang dikenal sebagai penyebaran antar bintang. Penyebaran ini memperluas dan mendistorsi sinyal pulsar, membuatnya lebih sulit dibedakan dari kebisingan latar. Efeknya sangat parah pada frekuensi radio yang lebih rendah, dan itulah mengapa tim peneliti menggunakan kemampuan frekuensi tinggi Teleskop Green Bank untuk menembus gangguan.

Selain itu, kepadatan murni sumber radio dekat pusat galaksi menciptakan latar belakang yang ramai yang memperumit identifikasi sinyal. Survei Breakthrough Listen menggunakan algoritma pemrosesan sinyal canggih untuk menyaring volume data yang besar, mencari tanda tangan periodik yang membedakan pulsar dari sumber radio lainnya.

Meskipun pencarian selama beberapa dekade, sangat sedikit pulsar yang telah dikonfirmasi dekat Sagitarius A*. Kelangkaan deteksi itu sendiri telah menjadi teka-teki — model memprediksi bahwa ribuan pulsar harus menghuni pusat galaksi, namun hanya segelintir yang ditemukan. Setiap deteksi baru membantu membatasi pemahaman kita tentang populasi pulsar di lingkungan ekstrem ini.

Konfirmasi Masih Diperlukan

Para peneliti berhati-hati untuk mengklasifikasikan temuan mereka sebagai kandidat daripada pulsar yang dikonfirmasi. Observasi tindak lanjut sedang berlangsung untuk memverifikasi deteksi dan mengesampingkan penjelasan alternatif untuk sinyal yang diamati. Sifat periodik dan karakteristik spektral sinyal konsisten dengan pulsar milidetik, namun konfirmasi independen dari epoch pengamatan tambahan diperlukan sebelum penemuan dapat dianggap definitif.

Dalam langkah yang mencerminkan semangat kolaboratif astrofisika modern, tim penelitian telah membuat data mereka tersedia untuk publik, mendorong astronom di seluruh dunia untuk menganalisis pengamatan secara independen. Pendekatan terbuka ini mempercepat proses verifikasi dan memungkinkan komunitas ilmiah yang lebih luas untuk berkontribusi pada apa yang mungkin menjadi penemuan bersejarah.

Melihat ke Depan

Jika dikonfirmasi, pulsar ini akan bergabung dengan klub yang sangat kecil dari pulsar yang dikenal dekat pusat galaksi dan akan menjadi pulsar milidetik pertama yang terdeteksi di wilayah ini. Kombinasi putaran cepatnya — memberikan waktu presisi tinggi — dan kedekatan-nya dengan objek paling masif di galaksi kami menciptakan peluang ilmiah yang telah dikejar oleh astrofisika selama beberapa dekade.

Generasi berikutnya dari teleskop radio, termasuk Square Kilometre Array yang sedang dibangun di Australia dan Afrika Selatan, akan memiliki sensitivitas yang lebih besar untuk mendeteksi pulsar di lingkungan yang menantang. Namun untuk saat ini, Teleskop Green Bank dan program Breakthrough Listen telah menunjukkan bahwa dengan kesabaran, sensitivitas, dan kecanggihan analitis yang cukup, pusat galaksi mulai mengungkapkan rahasianya — satu pulsa pada satu waktu.

Artikel ini didasarkan pada pelaporan oleh Science Daily. Baca artikel asli.