Para astrofisikawan di Michigan State University telah membuat kemajuan dalam mengungkap misteri berusia seabad tentang asal-usul sinar kosmik galaksi. Studi terbaru mereka mengidentifikasi nebula angin pulsar sebagai sumber potensial di balik sinyal dari observatorium LHAASO China. Temuan tersebut, yang disajikan di pertemuan American Astronomical Society, menawarkan wawasan baru tentang partikel berenergi tinggi ini.
Sinar kosmik, partikel berenergi tinggi yang bergerak mendekati kecepatan cahaya, pertama kali ditemukan pada 1912, tetapi asal-usul tepatnya di dalam Bima Sakti telah membingungkan para ilmuwan sejak saat itu. Partikel ini kemungkinan muncul dari lingkungan kosmik ekstrem, seperti lubang hitam, wilayah pembentukan bintang, atau sisa-sisa bintang yang meledak, yang juga dapat menghasilkan neutrino.
Shuo Zhang, asisten profesor fisika dan astronomi di Michigan State University, memimpin dua studi yang memberikan petunjuk baru. Dalam studi pertama, peneliti pascadoktoral Stephen DiKerby menganalisis sumber energi tinggi misterius yang terdeteksi oleh Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) menggunakan data dari teleskop luar angkasa XMM-Newton. Ia mengidentifikasinya sebagai nebula angin pulsar, wilayah yang mengembang yang dienergi oleh pulsar dan dipenuhi partikel seperti elektron dan proton. Ini mengklasifikasikannya sebagai salah satu dari sedikit PeVatrons yang diketahui—akselerator alami yang mampu meningkatkan partikel ke energi peta-elektronvolt, jauh melampaui fasilitas buatan manusia.
"Sinar kosmik jauh lebih relevan dengan kehidupan di Bumi daripada yang Anda kira," kata Zhang. "Sekitar 100 triliun neutrino kosmik dari sumber jauh seperti lubang hitam melewati tubuh Anda setiap detik. Tidakkah Anda ingin tahu dari mana asalnya?"
Studi kedua melibatkan mahasiswa sarjana Ella Were, Amiri Walker, dan Shaan Karim, yang menggunakan teleskop sinar-X Swift NASA untuk menyelidiki sumber LHAASO lainnya. Mereka menetapkan batas atas emisi sinar-X, yang dapat mengarahkan penelitian masa depan.
Hasil ini dibagikan di pertemuan ke-246 American Astronomical Society di Anchorage, Alaska. Ke depan, tim Zhang berencana mengintegrasikan data dari IceCube Neutrino Observatory dengan pengamatan sinar-X dan sinar gamma untuk mengeksplorasi mengapa beberapa sumber menghasilkan neutrino dan yang lain tidak.
"Dengan mengidentifikasi dan mengklasifikasikan sumber sinar kosmik, upaya kami diharapkan dapat menyediakan katalog komprehensif sumber sinar kosmik dengan klasifikasi," kata Zhang. "Itu bisa menjadi warisan bagi observatorium neutrino masa depan dan teleskop tradisional untuk melakukan studi lebih mendalam tentang mekanisme akselerasi partikel."
"Pekerjaan ini akan menyerukan kolaborasi antara fisikawan partikel dan astronom," tambahnya. "Ini adalah proyek ideal untuk kelompok fisika energi tinggi MSU."
Penelitian ini, yang dirinci dalam The Astrophysical Journal (DOI: 10.3847/1538-4357/adb7e0), didanai oleh hibah pengamatan NASA dan hibah analisis IceCube dari National Science Foundation. Memahami PeVatrons dapat memberikan pencerahan tentang pembentukan galaksi dan materi gelap.