Gamma-ray Burst: Ledakan Terbesar di Alam Semesta

Cerita ini berawal dari kisah masa Perang Dingin antara Amerika Serikat dengan Uni Soviet. Pada tahun 1963, setahun setelah peristiwa Krisis Rudal Kuba yang hampir membawa dunia menuju perang nuklir, Amerika Serikat meluncurkan satelit ke luar angkasa untuk mengawasi gerak-gerik Uni Soviet. Pada tahun itu, kedua negara adidaya tersebut menandatangani perjanjian tentang pelarangan uji coba senjata nuklir di atmosfer dan di luar angkasa. Satelit yang diluncurkan oleh Amerika Serikat mengangkasa pada ketinggian 100 ribu kilometer untuk memastikan bahwa Uni Soviet mematuhi perjanjian tersebut. Satelit ini didesain untuk bisa mendeteksi radiasi energi tinggi yang disebut dengan sinar gama (gamma-ray) yang dihasilkan oleh ledakan nuklir. Pada tahun 1967, satelit tersebut mulai mendeteksi beberapa radiasi-radiasi misterius. Hal yang aneh adalah radiasi tersebut tidak berasal dari bom nuklir, melainkan dari luar angkasa. Penemuan ini dirahasiakan hingga tahun 1973. Selama hampir satu dekade, radiasi sinar gama tersebut membuat para ilmuwan kebingungan.

1.jpg
Sinar gama dapat dihasilkan oleh ledakan bom nuklir.
Kredit: NNSA

Seiring dengan berakhirnya Perang Dingin, para ilmuwan mulai meluncurkan satelit dan teleskop luar angkasa untuk mempelajari dari mana asalnya radiasi tersebut. Hingga kini, lebih dari ribuan ledakan yang menghasilkan radiasi sinar gama bisa dideteksi di langit setiap hari. Ledakan-ledakan tersebut berasal dari objek-objek eksotis di alam semesta seperti lubang hitam dan bintang neutron. Ledakan yang dihasilkan sangatlah terang dan membentang dalam ruang-waktu yang luas sehingga jejaknya dapat digunakan untuk mengungkap asal-usul objek-objek seperti tersebut. Ledakan sinar gama atau gamma-ray burst (selanjutnya disingkat dengan GRB) merupakan peristiwa yang singkat karena hanya bertahan beberapa detik, bahkan milidetik. Hal ini menunjukkan bahwa alam semesta lebih dinamis daripada yang diperkirakan sebelumnya.

Mendeteksi Ledakan Sinar gama

Astrofisikawan dari New York University yang bernama Andrew MacFadyen mengungkapkan bahwa GRB adalah fenomena yang sangat ekstrem karena merupakan ledakan yang paling kuat di Alam Semesta. Ledakan tersebut jutaan kali lebih terang daripada cahaya yang dihasilkan oleh galaksi. Setiap detiknya, energi yang dihasilkan bisa setara dengan energi yang dihasilkan semua bintang di alam semesta. Ledakan tersebut juga merupakan bentuk paling energetik dari radiasi elektromagnetik. Namun, karena atmosfer Bumi kedap (tidak dapat meloloskan) terhadap sinar gama yang datang, ledakan semacam itu hanya bisa dideteksi di luar angkasa. Oleh karena itu, GRB baru bisa terdeteksi setelah manusia memasuki era penjelajahan luar angkasa. “Kebanyakan objek yang dipelajari di astronomi merupakan objek-objek yang telah lama diketahui oleh manusia seperti bintang, galaksi, dan planet. Ini berbeda dengan GRB. Penemuan GRB merupakan suatu kebetulan yang tidak pernah dibayangkan oleh siapapun sebelumnya,” kata Edo Berger, astronom dari Harvard University.

Pada tahun 1991, NASA meluncurkan Compton Gamma Ray Observatory yang dilengkapi instrumen bernama Burst and Transient Source Experiment (BATSE) untuk mempelajari GRB dengan lebih detail. Instrumen tersebut kini telah mendeteksi ratusan GRB dan menemukan bahwa pada dasarnya GRB terbagi menjadi dua jenis. Beberapa ledakan hanya terjadi dalam waktu singkat dan hanya terlihat terang beberapa milidetik (GRB berdurasi pendek). Ledakan yang lain terjadi lebih lama dan terlihat terang hingga 30 detik atau lebih (GRB berdurasi panjang). Hal ini seakan mengindikasikan bahwa dua jenis GRB berasal dari dua fenomena yang berbeda. Namun, untuk mengidentifikasi fenomena tersebut, para astronom harus mengetahui dari mana ledakan tersebut berasal. Jika ledakannya lokal, meledak di galaksi Bima Sakti, maka seharusnya kebanyakan GRB terlihat berasal dari bidang Galaksi. Akan tetapi, BATSE menemukan bahwa ledakan-ledakan tersebut tersebar merata di langit, mengindikasikan bahwa banyak GRB yang berasal dari luar Galaksi kita.

2.jpg
Ilustrasi gamma-ray burst, yang merupakan ledakan paling terang di Alam Semesta.
Kredit: NASA/GSFC/Dana Berry

Langkah selanjutnya yang harus dilakukan adalah menentukan seberapa jauh GRB tersebut dari kita. Oleh karena itu, para astronom perlu mencari afterglow (sisa radiasi yang masih ada setelah sinar gama meredup). Afterglow tersebut masih akan terlihat terang di panjang gelombang lain seperti sinar-X dan visual serta memberikan informasi penting di mana ledakan itu terjadi. Seiring dengan berjalannya waktu, akhirnya pada tahun 1996, Italia dan Belanda meluncurkan BeppoSAX, sebuah teleskop sinar gama yang dapat mengukur jarak GRB dengan akurasi tinggi. Salah satu prestasi BeppoSAX adalah ketika teleskop tersebut berhasil menemukan sebuah GRB yang terletak di luar Galaksi kita pada tahun 1997. GRB tersebut berasal dari suatu tempat yang berjarak sekitar enam miliar tahun cahaya dari Bumi.

 

Bintang yang Meledak

Para astronom telah lama menduga bahwa GRB berasal dari objek-objek ekstrem seperti lubang hitam atau bintang neutron. Hanya objek-objek semacam itu yang memiliki gravitasi dan medan magnet yang sangat kuat sehingga ledakan sinar gama yang dihasilkan sangat besar meskipun waktunya singkat. Kita tahu bahwa kedua objek tersebut sama-sama terbentuk dari sisa bintang masif yang telah mati. Ketika bintang masif kehabisan bahan bakar untuk melakukan reaksi fusi, inti bintang tersebut dapat runtuh menjadi bintang neutron atau lubang hitam, bergantung pada massanya. Sementara itu, lapisan bintang yang lebih luar akan dihempaskan dalam ledakan yang besar dan sangat terang yang disebut sebagai supernova. Hal yang menarik adalah para astronom beberapa kali menemukan GRB ketika supernova terjadi. Hal ini seakan mengindikasikan bahwa GRB berasal dari proses kematian bintang melalui supernova. Namun, hanya sekitar satu persen dari seluruh supernova yang ditemukan berhubungan dengan GRB. Artinya skenario tersebut masih langka.

3.jpg
Ilustrasi GRB yang dihasilkan dari hasil supernova.
Kredit: NSF/Nicolle Rager Fuller

Setelah bintang masif runtuh dan membentuk lubang hitam, sisa-sisa gas di sekitarnya mulai mengorbit mengelilingi lubang hitam tersebut. Seiring dengan jatuhnya gas tersebut ke lubang hitam, energi yang sangat besar dilepaskan dan beberapa di antaranya dalam bentuk jet yang memancar dengan kecepatan sangat tinggi (bahkan mendekati kecepatan cahaya). Jet tersebut menghasilkan sinar gama yang jika mengarah ke Bumi akan terlihat sebagai GRB.

Tabrakan Kosmik

Skenario bintang yang meledak mampu menjelaskan GRB yang berdurasi panjang dengan baik. Namun, para astronom masih belum menyepakati fenomena seperti apa yang menyebabkan GRB yang berdurasi singkat. NASA kemudian meluncurkan teleskop Swift untuk mempelajari GRB berdurasi pendek tersebut. Neil Gehrels yang merupakan pimpinan misi Swift saat itu menyatakan bahwa GRB berdurasi pendek tidak berasal dari bintang yang meledak atau supernova. GRB tersebut ditemukan di galaksi yang berbeda dari umumnya (peculiar).

Semua bukti yang ditemukan mengarah pada satu hipotesis: GRB berdurasi pendek berasal dari tabrakan dua bintang neutron. Para astronom memperkirakan bahwa alam semesta berisi banyak bintang-bintang neutron yang berpasangan dan saling mengorbit satu sama lain. Seiring dengan berjalannya waktu, kedua bintang neutron yang berpasangan tersebut saling mendekat, bertabrakan, menyatu, dan melepaskan energi yang sangat besar seperti sinar gama. Hipotesis ini juga didukung oleh hasil observasi dari Swift. Meskipun demikian, masih ada dugaan bahwa GRB berdurasi pendek juga dapat dihasilkan dari tabrakan antara bintang neutron dan lubang hitam. Oleh karena itu, masih diperlukan penelitian lebih lanjut untuk memastikan skenario mana yang dominan. Salah satu caranya adalah dengan mendeteksi gelombang gravitasi. Ketika dua bintang neutron saling mengorbit dan bergerak saling mendekati satu sama lain, mereka kehilangan energi dan melepaskannya dalam bentuk riak di struktur ruang-waktu yang dinamakan gelombang gravitasi. Gelombang gravitasi yang dihasilkan oleh dua bintang neutron tentunya berbeda dengan yang dihasilkan oleh pasangan bintang neutron – lubang hitam. Instrumen seperti Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) diharapkan dapat mempelajari gelombang gravitasi tersebut untuk membuktikan apakah skenario tabrakan bintang neutron – bintang neutron lebih dominan dibandingkan dengan tabrakan bintang neutron – lubang hitam dalam menghasilkan GRB atau sebaliknya.

4.jpg
Tabrakan dua bintang neutron dapat menghasilkan GRB.
Kredit: NASA/Dana Berry

 

Wawasan Baru

Mempelajari GRB merupakan hal yang sangat menarik. Karena GRB sangat terang, kita dapat mendeteksi GRB yang asalnya sangat jauh. GRB terjauh yang diketahui saat ini berasal dari tempat ketika alam semesta masih berumur 400 juta tahun. Artinya, ledakan tersebut merupakan sinyal kematian bintang generasi awal ketika Alam Semesta masih muda.

5.JPG
GRB menyimpan petunjuk penting tentang Alam Semesta di masa muda.
Kredit: Gemini Observatory/AURA, ilustrasi oleh Lynette Cook

Mempelajari bintang-bintang generasi awal akan membuka wawasan baru tentang bagaimana alam semesta kita terbentuk dan seperti apa keadaannya beberapa juta tahun setelah lahir. Selain itu, kita dapat mempelajari evolusi alam semesta dari waktu ke waktu dengan menganalisis spektrum cahaya GRB yang mengandung “sidik jari” kimia (chemical fingerprint) dari tempat dan masa yang berbeda. GRB mengajarkan kita bahwa alam semesta sangatlah dinamis dan untuk menjelajahinya kita harus sigap setiap saat.

Referensi:

  1. http://www.bbc.com/earth/story/20160714-the-biggest-explosions-in-the-universe
  2. http://articles.adsabs.harvard.edu/full/1973ApJ…182L..85K/L000085.000.html
  3. http://w.astro.berkeley.edu/~ishivvers/grbs.html
  4. http://www.nature.com/nature/journal/v387/n6636/full/387878a0.html

Penulis: Irham Taufik Andika
Editor: Muhammad Bayu Saputra

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s