NASA Fermi Mengidentifikasi Lubang Hitam Monster di Galaksi Sebagai Sumber Neutrino Berenergi Tinggi

NASA Fermi (kiri atas) mengidentifikasi lubang hitam monster di galaksi yang jauh sebagai sumber neutrino berenergi tinggi yang dilihat oleh Observatorium Neutrino IceCube (sensor string, bottom). Kredit: NASA/Fermi dan Aurore Simonnet, Sonoma State University

Untuk pertama kalinya, para ilmuwan menggunakan NASA Fermi Gamma-ray Space Telescope telah menemukan sumber neutrino berenergi tinggi dari luar galaxyi kita. Neutrino ini menempuh 3.7 miliar tahun kecepatan cahaya sebelum terdeteksi dibumi. Ini lebih jauh dari neutrino lainnya yang bisa diidentifikasi oleh para ilmuwan.

Neutrino berenergi tinggi adalah partikel yang sulit ditangkap yang menurut para ilmuwan diciptakan oleh peristiwa paling kuat di alam semesta, seperti penggabungan galaksi dan material yang jatuh ke lubang hitam supermasif. Mereka melakukan perjalanan dengan kecepatan cahaya dan jarang berinteraksi dengan materi lain, memungkinkan mereka melakukan perjalanan tanpa hambatan melintasi jarak miliaran tahun cahaya. Penemuan neutrino berenergi tinggi pada 22 September 2017 mengirim para astonom pada pengejaran untuk menemukan sumbernya sebelum lubang hitam supermasif di galaksi yang jauh.

Neutrino ini ditemukan oleh tim ilmuwan internasional menggunakan Observatorium Eskube Neutrino National Science Foundation di Stasiun Amundsen-Scott South Pole Station. Fermi menemukan sumber neutrino dengan menelusuri jalurnya kembali ke ledakan sinar gamma dari lubang hitam supermasif yang jauh di rasi Orion.

"Sekali lagi, Fermi telah membantu membuat peningkatan besar lain di bidang yang sedang yang kita sebut astronomi mutimessenger," kata Paul Hertz direktur Divisi Astrophysics NASA di Washington. "Neutrino dan gelombang gravitasi memberikan jenis informasi baru tentang lingkungan paling ekstrim di alam semesta. Tetapi untuk memahami dengan baik apa yang mereka katakan kepada kami, kami perlu menghubungkannya dengan para astronom 'Messenger' yang paling tau"

Para ilmuwan mempelajari neutrino, serta sinar kosmik dan sinar gamma, untuk memahami apa yang teradi di lingkungan kosmik yang bergejolak seperti supernova, lubang hitam dan bintang. Neutrino menunjukan proses kompleks yang terjadi di dalam lingkungan, dan sinar kosmik menunjukkan kekuatan dan kecepatan aktivitas hebat. Tapi, para ilmuwan mengandalkan sinar gamma, bentuk cahaya paling energetik, untuk menandai dengan jelas sumber kosmik apa yang menghasilkan neutrino dan sinar kosmik ini.

"Ledakan kosmik yang paling ekstrim menghasilkan gelombang gravitasi, dan akselerator kosmik yang paling ekstrem menghasilkan neutrino energi tinggi dan sinar kosmik," kata Regina Caputo dari Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland, koordinator analisis untuk Fermi Large Area Telescope Collaboration. "Melalui Fermi, sinar gamma menyediakan jembatan untuk masing-masing sinyal kosmik baru ini."

Penemuan ini adalah subyek dari dua makalah yang diterbikan pada hari Kamis di jurnal Science. Makalah identifikasi sumber juga mencangkup observasi tindak lanjut oleh Pencitraan Gamma Atmosfer Utama Cherenkov Telescope dan data tambahan dari Neil Gehrels Swift Observatory NASA dan banyak fasilitas lainnya.

Penemuan neutrino berenergi tinggi pada 22 September 2017, mengirim para astronom pada pengejaran untuk menemukan sumbernya — sebuah lubang hitam supermasif di galaksi yang jauh.
Kredit: Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA

Pada 22 September 2017, para ilmuwan yang menggunakan IceCube medeteksi tanda-tanda neutrino yang menyerang es Antarika dengan energi sekitar 300 trilium volt elektron lebih dari 45 kali energi yang dapat dicapai dalam akselerator partikel paling kuat di Bumi. Energi tinggi ini sangat menyarankan bahwa neutrino harus beasal dari luar tata surya kita. Melalui IceCube menunjukkan di mana langit neutrino berasal, dan peringatan otomatis memberitahu para astronom di seluruh dunia untuk mencari wilaya ini untuk flare atau ledakan yang dapat dikaitkan dengan peristiwa tersebut.

Data dari Fermi's Large Area Telescope mengungkapkan peningkatan emisi sinar gamma dari galaksi aktif yang terkenal pada saat neutrino tiba. Ini adalah jenis galaksi aktif yang disebut blazar, dengan lubang hitam supermasif dengan jutaan hingga miliyaran kali massa Matahari yang meledakkan pancaran partikel ke arah berlawanan dengan kecepatan cahaya. Blazar sangat cerah dan aktif karena salah satu dari jet ini kebetulan mengarah ke Bumi.

Sinar gamma yang terdeteksi oleh Fermi dari TXS 0506 + 056 ditampilkan sebagai lingkaran yang meluas. Ukuran maksimum mereka, warna — dari putih (rendah) ke magenta (tinggi) —dan nada yang terkait menunjukkan energi setiap sinar. Urutan pertama menunjukkan emisi khas; yang kedua menunjukkan suar 2017 yang mengarah ke deteksi neutrino.
Kredit: NASA / DOE / Fermi LAT Collab., Matt Russo dan Andrew Santaguida / SISTEM Suara

Ilmuwan Fermi Yasuyuki Tanaka di Hiroshima University di Jepang adalah yang pertama mengaitkan acara neutrino dengan blazar yang ditunjuk TXS 0506 + 056 (TXS 0506 untuk singkatnya).

"LAT Fermi memantau seluruh langit dalam sinar gamma dan mengawasi aktifitas sekitar 2.000 blazar, namun TXS 0506 benar-benar menonjol," kata Sara Buson, NASA Postdoctoral Fellow di Goddard yang melakukan analisis data dengan Anna Franckowiak, seorang ilmuwan di usan penelitian Deustches Electronen-Sinkrotron di Zuethen, Jerman.

NASA Fermi Gamma-ray Space Telescope adalah sebuah astrofisika dan kemitraan partikel fisika, yang dikembangkan dan bekerja sama dengan Departemen Energi AS dengan kontribusi penting dari lembaga akademis dan mitra di Perancis, Jerman, Italia, Jepang, Swedia dan Amerika Serikat. Program Fellow NASA Postdoctoral dikelola oleh Universitas Space Research Association di bawah kontrak dengan NASA.