Jejak Kilonova dalam Sisa Cahaya Semburan Sinar Gamma

Para astronom berhasil menyingkap jejak kilonova dari sisa cahaya semburan sinar gamma yang terjadi tak terlalu jauh dari kita.

Semburan sinar gamma atau SSG adalah semburan atau ledakan besar dari cahaya berenergi tinggi yang diamati terjadi pada galaksi jauh. Ledakan sinar gamma merupakan peristiwa ledakan dahsyat yang luar biasa terang di Alam Semesta. 

Panjang & Pendek

Semburan sinar gamma merupakan salah satu peristiwa transien karena ledakan yang terjadi menghasilkan peningkatan kecerlangan secara tiba-tiba yang kemudian meredup. SSG biasanya terjadi selama 10 milidetik sampai beberapa jam. Tapi, sisa cahaya semburan masih bisa diamati selama beberapa minggu atau beberapa bulan, meskipun sangat redup dan sulit untuk diamati. Sisa cahaya sinar gamma bisa diamati pada panjang gelombang tampak, sinar-X, dan radio. 

Berdasarkan durasinya, SSG bisa dikategorikan dalam dua tipe yakni SSG durasi pendek dan durasi panjang. SSG durasi panjang biasanya berakhir dalam waktu dua detik sampai beberapa menit. Sementara itu, SSG durasi pendek berakhir dalam beberapa milidetik sampai dua detik! 

Dari kedua tipe semburan sinar gamma tersebut, SSG durasi panjang lebih umum terjadi dan diduga berasal dari ledakan bintang masif dengan massa lebih dari 10 kali massa Matahari. Kita mengenal ledakan dahsyat ini sebagai supernova. Tak cuma supernova, SSG durasi panjang juga bisa dideteksi saat ledakan hipernova yang lebih dahsyat dibanding supernova terjadi. Sementara itu, SSG durasi pendek justru diduga terjadi ketika dua objek kompak bertabrakan seperti pada tabrakan pasangan bintang neutron atau dari pasangan bintang neutron dan lubang hitam. Peristiwa tabrakan objek kompak ini kita kenal sebagai kilonova. 

Semburan Sinar Gamma Dekat Bumi

GRB 211211A. Semburan sinar gamma ini diidentifikasi pada tanggal 21 Desember 2021 oleh Burst Alert Telescope (BAT) yang dipasang pada Observatorium Antariksa Neil Gehrels Swift milik NASA dan Teleskop Sinar Gamma Fermi. Jarak semburan sinar gamma tersebut termasuk dekat. Hanya 1,14 miliar tahun cahaya. Saat diamati, GRB atau SSG ini berakhir dalam waktu 51,37 detik. Itu artinya, GRB 211211A merupakan semburan sinar gamma durasi panjang yang berada dekat dari Bumi. 

Pada umumnya, SSG yang termati berada sangat jauh atau datang dari Alam Semesta muda. Saking kunonya, cahaya dari semburan sinar gamma itu butuh waktu lebih dari enam miliar tahun untuk mencapai Bumi. Yang paling jauh, cahaya semburan sinar gamma yang memulai perjalanannya hampir 13 miliar tahun lalu ketika Alam Semesta masih sangat muda. 

Jejak Cahaya Kilonova

Jarak GRB 211211A yang dekat menjadikan peristiwa ini sebagai target pengamatan untuk memperoleh informasi yang lebih detail terkait SSG durasi panjang. Pengamatan lanjut dilakukan dengan teleskop landas Bumi maupun teleskop antariksa. Di antaranya adalah teleskop Gemini Utara di Hawaii dan Teleskop Gemini Selatan di Chile. 

Pengamatan dengan dua teleskop ini dilakukan oleh dua tim astronom berbeda. Yang pertama adalah tim yang dipimpin Jillian Rastinejad, Northwestern University, yang melakukan pengamatan dengan teleskop Gemini Utara, Teleksop Optik Nordic (NOT), Observatorium Calar Alto, dan Karl Jansky Very Large Array (VLA). Tim kedua dipimpin oleh Eleonora Troja dari University of Rome Tor Vergata yang mengamati sisa cahaya SSG dengan teleskop Gemini Selatan. 

Hasil kedua tim ini cukup mengejutkan. Keduanya menemukan GRB 211211A yang berdurasi panjang tersebut bukan berasal dari ledakan supernova, tapi justru datang dari peristiwa kilonova. 

Hasil pengamatan Jillian Rastinejad dengan teleskop Gemini Utara menyingkap kehadiran cahaya inframerah di lokasi SSG. Hasil ini merupakan bukti kuat pertama kalau GRB 211211A bukan berasal dari supernova melainkan dari kilonova atau makronova. 

Sidik Jari Kilonova

Kilonova. Peristiwa tabrakan pasangan objek kompak itu punya sidik jari tersendiri ketika diamati, Sidiknya ada pada perbedaan kecerlangan saat diamati pada panjang gelombang inframerah-dengan pengamatan pada cahaya tampak. 

Pengamatan yang dilakukan Jillian Rastinejad dan tim memperlihatkan sumber cahaya yang meredup dengan cepat dalam tiga hari setelah semburan terjadi. Pengamatan lanjut dengan teleskop Gemini Utara berhasil mendeteksi sumber dengan kecerlangan 22,4 magnitudo pada pita K yang mengindikasikan susa cahaya semburan sinar gamma lebih terang pada inframerah dibanding cahaya tampak.

Perbedaan kecerlangan ini berasal dari unsur berat yang terlontar saat kilonova. Unsur berat tersebut menghalangi cahaya tampak tapi meloloskan cahaya inframerah tanpa hambatan apapun. Karena itu, saat Jillian Rastinejad dan tim mendeteksi GRB 211211A pada cahaya inframerah-dekat, mereka pun menyimpulkan kalau SSG tersebut berasal dari kilonova.

Atau lebih tepatnya, GRB 211211A merupakan semburan sinar-gamma dari peristiwa tabrakan sepasang bintang neutron yang sedang merger! 

Para astronom memperkirakan sepasang bintang neutron yang bergabung itu massanya sekitar 1,4 massa Matahari dan saat tabrakan terjadi, keduanya melontarkan sekitar 0,02 massa Matahari unsur berat.

Yang menarik, SSG durasi panjang ini memiliki kemiripan dengan SSG durasi panjang misterius tanpa kehadiran supernova yang sudah terdeteksi sebelumnya. 

Pengamatan lain dengan Teleskop Gemini Selatan oleh Eleonora Troja dan tim juga menghasilkan kesimpulan yang sama. Dua tim berbeda melakukan pengamatan dengan dua teleskop berbeda dan hasilnya pun sama. Kilonova atau peristiwa tabrakan dua bintang neutron yang bergabung bisa menghasilkan semburan sinar gamma durasi panjang. 

Bukti ini sekaligus memberi paradigma baru pada teori yang dihasilkan selama ini. Kilonova bukan saja menghasilkan SSG durasi pendek, tapi juga durasi panjang. 

Fakta Keren

SSG durasi panjang dari kilonova bisa menjadi metode baru untuk mempelajari pembentukan emas dan unsur berat lainnya di Alam Semesta. Kilonova pada kondisi ekstrim bisa menghasilkan emas, platinum, dan thorium. Jika demikian, para astronom bisa mengidentifikasi area dimana unsur berat terbentuk dan mencari jejak kilonova setelah terjadinya semburan sinar gamma durasi panjang.