Supernova adalah beberapa peristiwa paling energik di alam semesta. Sebagian dari ini termasuk semburan sinar gamma, di mana sebagian besar energi yang dipancarkan berasal dari foton berenergi sangat tinggi. Kami pikir kami tahu mengapa ini umumnya terjadi – lubang hitam yang tersisa dari ledakan mengeluarkan semburan material dengan kecepatan yang hampir sama dengan kecepatan cahaya. Tetapi detail tentang bagaimana dan di mana jet ini menghasilkan foton belum sepenuhnya berhasil.

Sayangnya, kejadian ini terjadi terlalu cepat dan terlalu jauh, sehingga tidak mudah untuk mendapatkan catatan mendetail tentangnya. Namun, ledakan sinar gamma baru-baru ini yang dijuluki BOAT (Brightest Ever Recorded) dapat memberi kita informasi baru tentang peristiwa dalam beberapa hari setelah ledakan supernova. Sebuah makalah baru menggambarkan data dari teleskop yang menunjuk ke arah yang benar dan peka terhadap radiasi energi yang sangat tinggi dari peristiwa tersebut.

Saya perlu mandi

“Teleskop” yang disebutkan di atas adalah Observatorium pancuran udara besar di ketinggian (LHAASO). Terletak tiga mil (4.400 meter) di atas permukaan laut, observatorium ini adalah seperangkat instrumen yang bukan teleskop dalam pengertian tradisional. Sebaliknya, itu seharusnya menangkap airshower – rantai puing dan foton yang rumit yang dihasilkan ketika partikel berenergi tinggi dari luar angkasa bertabrakan dengan atmosfer.

Meskipun terbatas dibandingkan dengan teleskop konvensional, detektor pancuran udara memang memiliki beberapa keunggulan terkait peristiwa seperti PERAHU. Mereka memiliki bidang pandang yang sangat luas karena mereka tidak perlu terlalu fokus pada suatu peristiwa karena mereka perlu merekonstruksinya berdasarkan foton dan partikel yang mencapai permukaan bumi. Mereka hanya peka terhadap peristiwa berenergi tinggi, yang berarti siang hari berenergi terlalu rendah untuk mengganggu, sehingga mereka dapat beroperasi sepanjang waktu.

Karena LHAASO sedang mengambil data ketika BOAT supernova meletus, detektornya tidak hanya mendeteksi permulaan peristiwa, tetapi juga dapat melacak evolusinya selama beberapa hari setelahnya. Meskipun ada resolusi spasial yang buruk, ada sejumlah besar data, semuanya dipisahkan oleh panjang gelombang. 100 menit pertama melihat deteksi lebih dari 64.000 foton pada energi lebih dari 200 GeV. Untuk konteksnya, mengubah seluruh massa proton menjadi energi menghasilkan hanya di bawah satu GeV.

Salah satu hal pertama yang terbukti adalah adanya perbedaan besar antara foton pada energi yang lebih rendah (namun masih sangat tinggi!) dan foton pada ujung spektrum elektromagnetik yang lebih ekstrim. Data dari foton yang berada di atas TeV berubah dengan mulus dari waktu ke waktu, sedangkan data dalam rentang megaelektronvolt berfluktuasi naik turun.

Memahami data

Para peneliti berpendapat bahwa data ini konsisten dengan usulan bahwa peristiwa energi rendah disebabkan oleh jet yang berinteraksi dengan puing-puing supernova yang bergejolak. Karena puing-puing ini akan menjadi kompleks dan dekat dengan sumber jet, itu akan membatasi jumlah partikel ruang angkasa dalam jet yang harus dipercepat, sehingga membatasi energinya.

Sebaliknya, foton berenergi lebih tinggi diproduksi di daerah di mana jet telah mengikis puing-puing supernova dan mulai berinteraksi dengan materi yang menyusun lingkungan bintang—partikel yang kemungkinan dibombardir oleh angin surya setara bintang. Ini adalah lingkungan yang lebih jarang dan seragam, memungkinkan jet jalur yang tidak terlalu bergejolak untuk mempercepat partikel ke energi ekstrem yang diperlukan untuk menghasilkan foton dengan energi lebih tinggi dari TeV.

Meskipun sulit untuk melewati puing-puing supernova, prosesnya terjadi sangat cepat karena pancaran mempercepat partikel mendekati kecepatan cahaya. Oleh karena itu, hanya membutuhkan waktu sekitar lima detik untuk melihat peningkatan pesat foton TeV dalam data.

Dari sana, menuruni bukit yang lebih lembut yang berlangsung sekitar 13 detik. Tim peneliti di balik pekerjaan tersebut menunjukkan bahwa ini melibatkan jet yang berinteraksi dengan dan mempercepat partikel di lingkungan di luar sisa-sisa bintang. Ini meningkatkan jumlah foton berenergi tinggi tetapi pada saat yang sama menguras sebagian energi dari pancaran saat mereka didorong ke atas tumpukan material yang lebih besar saat mereka maju melalui lingkungan.

Akhirnya, akumulasi materi ini menarik energi yang cukup sehingga jumlah foton berenergi tinggi mulai berkurang secara bertahap. Penurunan ini cukup lambat sehingga berlangsung sekitar 11 menit atau lebih.

Dalam kasus supernova BOAT, ini diikuti oleh penurunan tajam foton berenergi tinggi. Hal ini diduga disebabkan oleh jet yang semakin melebar saat menjauh dari sumbernya, yang berarti kapal tersebut seterang yang kami amati karena inti pusat jetnya diarahkan langsung ke tanah. Waktu penurunan ini juga memberikan beberapa informasi tentang seberapa lebar pesawat saat ini.

Masih banyak yang harus dipelajari tentang peristiwa ini—kami masih belum yakin bagaimana lubang hitam melepaskan pancaran materi, misalnya. Tetapi jenis pengamatan terperinci ini dapat memberi kita gambaran yang lebih baik tentang waktu dan dinamika pembentukan jet, yang pada akhirnya akan membantu memberikan model tentang apa yang terjadi selama pembentukan lubang hitam dan pembentukan jet.

Sains, 2023. DOI: 10.1126/science.adg9328 (tentang DOI).