Sebuah studi baru yang menggunakan pengamatan dari Fermi Gamma-ray Space Telescope NASA mengungkapkan bukti pertama yang jelas bahwa puing-puing yang berkembang dari bintang yang meledak menghasilkan beberapa materi yang bergerak paling cepat di alam semesta.
Penemuan ini adalah langkah besar untuk memahami asal usul sinar kosmik, salah satu tujuan misi utama Fermi.
"Para ilmuwan telah berusaha menemukan sumber sinar kosmik berenergi tinggi sejak penemuan mereka satu abad yang lalu," kata Elizabeth Hays, anggota tim peneliti dan wakil ilmuwan proyek Fermi di Pusat Penerbangan Antariksa Goddard Space di Greenbelt, Md. " Sekarang kami memiliki sisa-sisa supernova bukti konklusif, lama tersangka utama, benar-benar mempercepat sinar kosmik ke kecepatan luar biasa. ”
Sisa supernova W44 terletak di dalam dan berinteraksi dengan awan molekul yang membentuk bintang induknya. LAT Fermi mendeteksi sinar gamma GeV (magenta) yang dihasilkan ketika gas dibombardir oleh sinar kosmik, terutama proton. Pengamatan radio (kuning) dari Karl G. Jansky Very Large Array dekat Socorro, N., dan data inframerah (merah) dari Teleskop Luar Angkasa Spitzer NASA mengungkapkan struktur filamen di kulit sisa. Blue menunjukkan emisi sinar-X yang dipetakan oleh misi ROSAT yang dipimpin Jerman. Kredit: NASA / DOE / Fermi LAT Collaboration, NRAO / AUI, JPL-Caltech, ROSAT
Sinar kosmik adalah partikel subatomik yang bergerak melintasi ruang hampir dengan kecepatan cahaya. Sekitar 90 persen dari mereka adalah proton, dengan sisanya terdiri dari elektron dan inti atom. Dalam perjalanan mereka melintasi galaksi, partikel bermuatan listrik dibelokkan oleh medan magnet. Ini mengacak jalan mereka dan membuatnya tidak mungkin untuk melacak asal mereka secara langsung.
Melalui berbagai mekanisme, partikel yang cepat ini dapat menyebabkan emisi sinar gamma, bentuk cahaya yang paling kuat dan sinyal yang melakukan perjalanan kepada kita langsung dari sumbernya.
Sejak diluncurkan pada 2008, Large Area Telescope (LAT) Fermi telah memetakan jutaan-ke-miliar-elektron-volt (MeV ke GeV) sinar gamma dari sisa-sisa supernova. Sebagai perbandingan, energi cahaya tampak adalah antara 2 dan 3 volt elektron.
Hasil Fermi menyangkut dua sisa-sisa supernova tertentu, yang dikenal sebagai IC 443 dan W44, yang para ilmuwan pelajari untuk membuktikan sisa-sisa supernova menghasilkan sinar kosmik. IC 443 dan W44 berekspansi ke awan gas antarbintang yang dingin dan padat. Awan ini memancarkan sinar gamma ketika terkena partikel berkecepatan tinggi yang lolos dari sisa-sisa.
Para ilmuwan sebelumnya tidak dapat menentukan partikel atom mana yang bertanggung jawab atas emisi dari awan gas antarbintang karena proton dan elektron sinar kosmik memunculkan sinar gamma dengan energi yang sama. Setelah menganalisis empat tahun data, para ilmuwan Fermi melihat fitur yang dapat dibedakan dalam emisi sinar gamma dari kedua sisa. Fitur ini disebabkan oleh partikel berumur pendek yang disebut pion netral, yang dihasilkan ketika proton sinar kosmik menabrak proton normal. Pion cepat meluruh menjadi sepasang sinar gamma, emisi yang menunjukkan penurunan cepat dan karakteristik pada energi yang lebih rendah. Cutoff low-end bertindak sebagai jari, memberikan bukti yang jelas bahwa penjahat di IC 443 dan W44 adalah proton.
Komposit multiwavelength ini menunjukkan IC 443 sisa supernova, juga dikenal sebagai Nebula Ubur-ubur. Emisi gamma-ray Fermi GeV ditampilkan dalam magenta, panjang gelombang optik sebagai kuning, dan data inframerah dari misi Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) NASA ditampilkan sebagai biru (3,4 mikron), cyan (4,6 mikron), hijau (12 mikron) ) dan merah (22 mikron). Loop Cyan menunjukkan di mana sisanya berinteraksi dengan awan padat gas antarbintang. Kredit: NASA / DOE / Fermi LAT Collaboration, NOAO / AURA / NSF, JPL-Caltech / UCLA
Temuan ini akan muncul di jurnal Science edisi Jumat.
"Penemuan ini adalah senjata merokok yang dihasilkan oleh sisa dua supernova ini," kata ketua peneliti Stefan Funk, astrofisikawan dari Institut Kavli untuk Partikel Astrofisika dan Kosmologi di Universitas Stanford di California. "Sekarang kita dapat bekerja untuk lebih memahami bagaimana mereka mengelola fitur ini dan menentukan apakah prosesnya umum untuk semua sisa di mana kita melihat emisi sinar gamma. "
Pada tahun 1949, senama teleskop Fermi, fisikawan Enrico Fermi, menyarankan sinar kosmik berenergi tertinggi dipercepat di medan magnet awan gas antarbintang. Pada dekade berikutnya, para astronom menunjukkan sisa-sisa supernova adalah situs kandidat terbaik galaksi untuk proses ini.
Sebuah partikel bermuatan terperangkap dalam medan magnet sisa supernova bergerak secara acak di seluruh bidang dan kadang-kadang melintasi gelombang kejut terkemuka ledakan. Setiap perjalanan pulang-pergi melalui goncangan akan meningkatkan kecepatan partikel sekitar 1 persen. Setelah banyak penyeberangan, partikel tersebut memperoleh energi yang cukup untuk melepaskan dan melarikan diri ke galaksi sebagai sinar kosmik yang baru lahir.
Supernova sisa IC 443, yang populer dikenal sebagai Nebula Ubur-ubur, terletak 5.000 tahun cahaya menuju rasi bintang Gemini dan diperkirakan berumur sekitar 10.000 tahun. W44 terletak sekitar 9.500 tahun cahaya menuju konstelasi Aquila dan diperkirakan berumur 20.000 tahun. Masing-masing adalah gelombang kejut yang berkembang dan puing-puing terbentuk ketika sebuah bintang masif meledak.
Penemuan Fermi dibangun di atas petunjuk kuat tentang peluruhan pion netral di W44 yang diamati oleh observatorium gamma ray AGILE Badan Antariksa Italia dan diterbitkan pada akhir 2011.
Teleskop Luar Angkasa Sinar Gamma Fermi Gamma adalah kemitraan astrofisika dan fisika partikel. Dewi mengelola Fermi. Teleskop ini dikembangkan bekerja sama dengan Departemen Energi AS, dengan kontribusi dari lembaga akademis dan mitra di Amerika Serikat, Prancis, Jerman, Italia, Jepang, dan Swedia.
Melalui NASA