Lubang hitam bertindak sebagai akselerator partikel yang sangat kuat serta kemungkinan memainkan peran penting dalam pembentukan sinar kosmik berenergi tinggi di galaksi Bima Sakti.

Beijing, China (Xinhua/Indonesia Window) – Para ilmuwan yang menggunakan Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) di China menemukan bahwa lubang hitam, saat melahap materi dari bintang pendampingnya dan menghasilkan jet, bertindak sebagai akselerator partikel yang sangat kuat serta kemungkinan memainkan peran penting dalam pembentukan sinar kosmik berenergi tinggi di galaksi Bima Sakti.

"Penelitian ini tidak hanya mengungkap mekanisme penting di balik asal-usul sinar kosmik, tetapi juga memperluas pemahaman kita tentang proses fisika ekstrem pada sistem lubang hitam," ujar Cao Zhen, peneliti utama LHAASO sekaligus akademisi di Akademi Ilmu Pengetahuan China (Chinese Academy of Sciences/CAS).

Sinar kosmik adalah partikel bermuatan dari luar angkasa, yang sebagian besar terdiri dari proton. Asal-usul sinar kosmik merupakan salah satu isu terdepan yang penting dalam astrofisika modern.

Pengukuran sinar kosmik dalam beberapa dekade terakhir telah mengungkap titik balik pada sekitar 3 peta-elektron volt (peta-electron volt/PeV) dalam spektrum energi, yang disebut sebagai ‘knee’ (lutut) karena bentuknya mirip dengan sendi lutut. Asal-usul sinar kosmik di wilayah ‘knee’ menjadi salah satu topik paling menarik dalam penelitian sinar kosmik dalam beberapa tahun terakhir.

Tim peneliti LHAASO menemukan bahwa mikrokuasar yang digerakkan oleh akresi ke sistem lubang hitam merupakan akselerator partikel yang sangat kuat di galaksi Bima Sakti dan kemungkinan menjadi sumber dari fenomena ‘knee’.

Penelitian yang dilakukan oleh para peneliti dari Institut Fisika Energi Tinggi (Institute of High Energy Physics/IHEP) di bawah CAS, Universitas Nanjing, Universitas Ilmu Pengetahuan dan Teknologi China (University of Science and Technology of China), Universitas La Sapienza Roma, serta lembaga lainnya, diterbitkan pada Minggu (16/11) dalam National Science Review dan Science Bulletin.

Lubang hitam, salah satu objek paling enigmatik di alam semesta, menghasilkan jet relativistik saat mereka mengakresi materi dari bintang pendamping dalam sistem biner, sehingga membentuk "mikrokuasar", papar para ilmuwan.

Dalam penelitian ini, LHAASO secara sistematis mendeteksi sinar gamma berenergi ultra-tinggi dari lima mikrokuasar.

Misalnya, analisis terhadap mikrokuasar SS 433 menunjukkan bahwa energi proton dalam sistem ini melebihi 1 PeV, dengan output daya per detik setara dengan energi yang dilepaskan oleh 400 triliun bom hidrogen paling kuat.

Energi sinar gamma dari mikrokuasar V4641 Sgr mencapai 0,8 PeV, menunjukkan bahwa partikel induk yang menghasilkan sinar gamma ini kemungkinan memiliki energi lebih dari 10 PeV.

Hasil-hasil ini membuktikan bahwa mikrokuasar merupakan akselerator partikel PeV yang signifikan di galaksi Bima Sakti, kata Cao.

Untuk memahami sepenuhnya fenomena "knee" pada spektrum sinar kosmik, pengukuran yang tepat terhadap spektrum energi berbagai jenis sinar kosmik, termasuk "knee" masing-masing, sangat diperlukan, sebut Cao.

Terletak di sebuah gunung pada ketinggian sekitar 4.410 meter di atas permukaan laut di Provinsi Sichuan, China barat daya, dan mencakup area seluas 1,36 kilometer persegi, LHAASO digunakan untuk pengamatan dan penelitian sinar kosmik.

Dengan memanfaatkan peralatan pengamatan sinar kosmik berbasis darat terkemuka di dunia, LHAASO mengembangkan teknik pengukuran multiparameter. Pengukuran tersebut mengungkap struktur spektrum energi yang sama sekali tidak terduga.

Penemuan baru ini tidak hanya menandai kemajuan signifikan dalam memecahkan misteri asal-usul "knee" yang telah lama membingungkan komunitas akademik selama hampir 70 tahun, tetapi juga memberikan bukti observasional penting untuk memahami peran lubang hitam sebagai asal-usul sinar kosmik, kata Cao.

LHAASO, yang dirancang, dibangun, dan dioperasikan oleh ilmuwan China, menjadi pelopor dalam penelitian sinar kosmik berenergi tinggi berkat sensitivitasnya pada eksplorasi astronomi sinar gamma maupun pengukuran presisi sinar kosmik. LHAASO telah menghasilkan serangkaian penemuan yang berdampak secara global dan turut berkontribusi pada pemahaman proses fisika ekstrem di alam semesta, tutur Cao.

Laporan: Redaksi