Peta Baru Alam Semesta yang Tidak Terlihat

Para astronom telah mengungkapkan hasil dari kampanye observasi kolosal yang secara fundamental mengubah gambaran kami tentang kosmos. Menggunakan Low-Frequency Array (LOFAR), jaringan ribuan antena radio yang tersebar di seluruh Eropa, tim internasional telah membuat katalog 13,7 juta sumber radio — menjadikan ini survei radio langit terbesar yang pernah dirakit.

Survei ini menangkap variasi fenomena kosmik yang menakjubkan: lubang hitam supermasif melontarkan jet plasma jutaan tahun cahaya ke ruang antargalaksi, galaksi yang tertangkap dalam tindakan penggabungan, sisa hantu dari ledakan supernova kuno, dan seluruh gugus galaksi yang berkilau dengan emisi radio dari gas panas yang terperangkap dalam sumur gravitasi mereka.

Apa yang membuat pencapaian ini sangat luar biasa adalah jangkauan frekuensi. LOFAR beroperasi pada frekuensi radio sangat rendah, antara 120 dan 168 megahertz — panjang gelombang yang mengungkapkan proses fisik yang sebagian besar tidak terlihat oleh teleskop optik atau bahkan hidung radio frekuensi lebih tinggi. Pada frekuensi ini, langit bersinar dengan radiasi sinkrotron dari elektron spiral melalui medan magnet, menawarkan penyelidikan langsung magnetisme kosmik dan akselerasi partikel energi tinggi.

Bagaimana LOFAR Bekerja

Tidak seperti teleskop radio tradisional dengan hidung tunggal besar, LOFAR mencapai sensitivitas luar biasanya melalui interferometri — menggabungkan sinyal dari ribuan antena kecil dan relatif murah yang tersebar di seluruh Belanda dan stasiun mitra di Jerman, Prancis, Inggris, Swedia, Polandia, Irlandia, Latvia, dan Italia. Baseline terpanjang membentang lebih dari 2.000 kilometer, memberikan larik resolusi sudut sebanding dengan teleskop luar angkasa.

Inti larik terletak di area terpencil Belanda timur laut yang disebut Drentse Aa, dipilih karena tingkat interferensi frekuensi radio yang sangat rendah. Dari sana, aliran data pada tingkat yang menyaingi percobaan fisika partikel terbesar dunia, memerlukan fasilitas superkomputasi khusus untuk memproses sinyal mentah menjadi gambar langit.

Setiap penunjukan LOFAR menangkap bidang pandang beberapa derajat melintasi — jauh lebih luas daripada teleskop radio khas — memungkinkan survei untuk menutupi seluruh langit utara secara efisien. Dataset yang dihasilkan berisi petabyte informasi yang akan membuat para astronom sibuk selama bertahun-tahun yang akan datang.

Lubang Hitam dan Galaksi Aktif

Di antara temuan survei yang paling spektakuler adalah jutaan nuklei galaksi aktif, atau AGN — galaksi yang menampung lubang hitam supermasif yang secara aktif mengkonsumsi materi sekitarnya. Ketika materi spiral ke lubang hitam ini, ia menghasilkan jet plasma relativistik kembar yang dapat meluas jauh melampaui galaksi induk itu sendiri.

Sensitivitas LOFAR frekuensi rendah sangat cocok untuk mendeteksi struktur jet tertua dan paling luas. Emisi radio frekuensi tinggi memudar relatif cepat seiring elektron kehilangan energi, tetapi cahaya frekuensi rendah bertahan jauh lebih lama, mengungkapkan jet fosil dan lobus yang mencatat ratusan juta tahun aktivitas lubang hitam. Survei telah menemukan ribuan galaksi radio raksasa yang sebelumnya tidak diketahui, beberapa dengan struktur yang membentang jutaan tahun cahaya.

Observasi ini sangat penting untuk memahami bagaimana lubang hitam supermasif mempengaruhi galaksi induk mereka dan lingkungan kosmik yang lebih luas. Energi yang disimpan oleh jet AGN diyakini mengatur pembentukan bintang di galaksi masif dan memanaskan gas di gugus galaksi, menjadikan mereka pemain kunci dalam evolusi struktur kosmik.

Penggabungan Galaksi dan Tabrakan Kosmik

Survei ini juga menyediakan sensus yang belum pernah ada sebelumnya dari penggabungan galaksi. Ketika galaksi bertabrakan, kekacauan gravitasi yang dihasilkan dapat memicu ledakan pembentukan bintang dan mengarahkan gas menuju lubang hitam pusat, menyalakan aktivitas AGN. LOFAR dapat mendeteksi emisi radio yang terkait dengan kedua proses, menjadikannya alat ideal untuk mempelajari bagaimana interaksi galaksi membentuk lanskap kosmik.

Yang sangat menarik adalah deteksi emisi radio dari gugus galaksi itu sendiri. Gas panas yang terperangkap dalam struktur besar ini — objek terikat gravitasi terbesar di alam semesta — menghasilkan emisi radio yang tersebar dikenal sebagai halo radio dan relik radio. Fitur-fitur ini melacak gelombang kejut dan turbulensi yang dihasilkan selama penggabungan gugus, peristiwa yang melepaskan energi yang hanya ditandingi oleh Big Bang itu sendiri.

Survei baru telah secara dramatis memperluas populasi sumber radio gugus yang diketahui, memberikan batasan segar pada medan magnet dan mekanisme akselerasi partikel yang beroperasi di struktur terbesar di kosmos.

Sisa Supernova dan Kematian Bintang

Lebih dekat ke rumah, survei telah membuat katalog ribuan sisa supernova dalam Galaksi Bima Sakti kami sendiri. Cangkang puing-puing yang mengembang dari bintang meledak ini adalah sumber utama sinar kosmik — partikel energi tinggi yang terus-menerus menghujam atmosfer Bumi. Dengan memetakan emisi radio mereka pada frekuensi rendah, LOFAR memberikan informasi baru tentang kekuatan dan struktur medan magnet Galaksi dan mekanisme yang mempercepat partikel ke kecepatan mendekati cahaya.

Survei juga telah mendeteksi emisi radio dari sisa yang sebelumnya tidak diketahui, memperluas inventaris benda-benda penting ini dan membantu astronom lebih memahami tingkat dan distribusi ledakan bintang di Galaksi Bima Sakti.

Melihat ke Depan

Rilis saat ini hanya mewakili rilis data utama kedua dari Proyek Ilmu Pengetahuan Kunci Survei LOFAR. Rilis di masa depan akan lebih dalam dan mencakup lebih banyak langit, dengan tujuan akhir adalah sensus lengkap dari langit radio frekuensi rendah yang terlihat dari Eropa. Sementara itu, Square Kilometre Array yang direncanakan (SKA), yang sedang dibangun di Australia dan Afrika Selatan, akan memperluas jenis survei ini ke seluruh langit dengan sensitivitas yang lebih besar.

Untuk saat ini, katalog 13,7 juta sumber berdiri sebagai monumen untuk apa yang dapat dicapai astronomi radio modern. Ini bukan hanya peta — ini adalah cara baru untuk melihat alam semesta, yang mengungkapkan proses yang keras, magnet, dan energik yang membentuk galaksi dan jaring kosmik selama miliaran tahun sejarah kosmik.

Artikel ini didasarkan pada pelaporan oleh Space.com. Baca artikel asli.