Para ilmuwan telah berhasil menciptakan kembali kondisi yang menyerupai “bola api kosmik” di dalam akselerator partikel CERN, sebuah eksperimen inovatif yang bertujuan untuk memahami hilangnya sinar gamma berenergi tinggi dari galaksi jauh secara misterius. Pencapaian ini dapat membuka wawasan penting mengenai asal usul medan magnet di ruang antargalaksi dan perilaku materi dalam kondisi ekstrem.
Mensimulasikan Kondisi Alam Semesta Ekstrim
Penelitian yang dilakukan oleh para ilmuwan dari Universitas Oxford dan Fasilitas Laser Pusat Dewan Fasilitas Sains dan Teknologi (STFC), memanfaatkan fasilitas HiRadMat CERN dan Sinkronisasi Super Proton untuk menghasilkan pasangan partikel materi dan antimateri (elektron dan positron). Partikel-partikel ini kemudian diledakkan melalui kolom plasma – gas terionisasi yang sangat panas – yang menyimulasikan kondisi intens yang ditemukan pada pancaran pancaran api. Blazar adalah sejenis inti galaksi aktif, tempat lubang hitam supermasif di pusat galaksi mengonsumsi materi dan mengeluarkan aliran plasma berenergi tinggi.
“Eksperimen ini menunjukkan bagaimana astrofisika laboratorium dapat menguji teori alam semesta berenergi tinggi,” jelas Bob Bingham, anggota tim dari Universitas Strathclyde. “Dengan mereproduksi kondisi plasma relativistik di laboratorium, kita dapat mengukur proses yang membentuk evolusi jet kosmik dan lebih memahami asal mula medan magnet di ruang antargalaksi.”
Apa itu Blazar, dan Mengapa Sinar Gamma Hilang?
Blazar adalah bagian menarik dari “inti galaksi aktif” (AGN). Di jantung galaksi-galaksi ini terdapat lubang hitam supermasif—jutaan atau miliaran kali lebih besar dari matahari kita—yang dengan rakus menarik gas dan debu di sekitarnya. Bahan ini membentuk piringan yang berputar-putar, disebut piringan akresi, yang bersinar terang akibat gesekan.
Saat materi jatuh menuju lubang hitam, medan magnet yang kuat menyalurkan sebagian materi tersebut menuju kutub lubang hitam. Materi ini dipercepat hingga mendekati kecepatan cahaya dan dikeluarkan sebagai pancaran plasma kembar. Ketika salah satu jet tersebut diarahkan langsung ke Bumi, maka akan terjadi ledakan. Jet-jet ini menghasilkan radiasi sinar gamma yang kuat yang dapat dideteksi oleh teleskop di Bumi.
Namun, sebuah fenomena yang membingungkan telah muncul: ketika sinar gamma ini melintasi ruang antargalaksi, mereka selalu menghasilkan sinyal sekunder yang diprediksi oleh fisika standar. Para ilmuwan mengantisipasi bahwa interaksi dengan foton dalam cahaya latar kosmik akan menciptakan pasangan elektron dan positron (materi dan antimateri), dan pasangan ini, pada gilirannya, akan tersebar dari cosmic microwave background (CMB), sisa-sisa cahaya samar dari Big Bang. Hamburan ini seharusnya menghasilkan sinar gamma berenergi lebih rendah yang dapat dideteksi oleh teleskop seperti pesawat ruang angkasa Fermi. Namun, sinar gamma berenergi rendah ini selalu lolos dari deteksi.
Misteri Sinar Gamma yang Hilang: Penjelasan dan Temuan Baru
Beberapa teori mencoba menjelaskan perbedaan yang tampak ini. Salah satu dugaan adalah bahwa medan magnet antargalaksi yang lemah membelokkan pasangan elektron-positron, sehingga secara efektif mendorong sinar gamma berenergi rendah keluar dari pandangan kita. Kemungkinan lain melibatkan ketidakstabilan pasangan materi-antimateri saat mereka melintasi materi jarang antar galaksi, menyebabkan fluktuasi pancaran plasma dan menghasilkan medan magnet yang menghilangkan energi berkas. Yang terakhir, kehadiran “medan magnet peninggalan”, yang tersisa dari alam semesta awal, dapat mengacak sinar gamma.
Eksperimen CERN baru-baru ini dirancang untuk menguji dua teori pertama. Yang mengejutkan, tim mengamati adanya gangguan minimal pada berkas plasma, yang bertentangan dengan ekspektasi timbulnya medan magnet yang signifikan. Hal ini menunjukkan bahwa ketidakstabilan plasma mungkin terlalu lemah untuk memperhitungkan hilangnya sinar gamma, sehingga memperkuat kemungkinan adanya medan magnet peninggalan yang mempengaruhi perilakunya.
Temuan tim ini menantang teori yang ada dan memperkuat argumen tentang keberadaan medan magnet peninggalan yang menembus medium antargalaksi.
Melihat ke Depan
Hasilnya menimbulkan pertanyaan menarik, khususnya mengenai bagaimana medan magnet peninggalan tersebut bisa berasal dari alam semesta awal yang sangat seragam. Menjawab pertanyaan ini mungkin memerlukan eksplorasi fisika di luar Model Standar, yang berpotensi melibatkan fasilitas canggih seperti Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO).
“Sangat menyenangkan menjadi bagian dari eksperimen inovatif seperti ini yang menambah dimensi baru pada penelitian terdepan yang dilakukan di CERN,” simpul Subir Sarkar, anggota tim dan peneliti Universitas Oxford. Temuan tim ini, yang diterbitkan dalam jurnal PNAS, menawarkan perspektif baru mengenai pertanyaan mendasar tentang kosmik dan menyoroti potensi eksperimen laboratorium untuk menyelidiki lingkungan paling ekstrem di alam semesta.
