Bahan Rahasia yang Memberdayakan Supernova


Pada tahun 1987, a bintang raksasa meledak tepat di sebelah galaksi Bima Sakti kita. Itu adalah supernova paling terang dan terdekat sejak penemuan teleskop sekitar empat abad sebelumnya, dan hampir setiap observatorium berpaling untuk melihatnya. Mungkin yang paling menarik, observatorium khusus yang terkubur jauh di bawah tanah menangkap partikel subatomik pemalu yang disebut neutrino yang mengalir keluar dari ledakan.

Partikel-partikel ini pertama kali diusulkan sebagai kekuatan pendorong di belakang supernova pada tahun 1966, yang menjadikan pendeteksiannya sebagai sumber kenyamanan bagi para ahli teori yang telah mencoba memahami cara kerja ledakan. Namun selama beberapa dekade, astrofisikawan terus-menerus menemukan apa yang tampaknya menjadi cacat fatal pada model bertenaga neutrino mereka.

Neutrino terkenal adalah partikel penyendiri, dan pertanyaan tetap mengenai bagaimana neutrino mentransfer energinya ke materi biasa bintang di bawah kondisi ekstrim dari bintang yang runtuh. Setiap kali ahli teori mencoba memodelkan gerakan dan interaksi partikel rumit ini dalam simulasi komputer, gelombang kejut supernova akan berhenti dan jatuh kembali dengan sendirinya. Kegagalan tersebut “memperkuat gagasan bahwa teori utama kami tentang bagaimana supernova meledak mungkin tidak berhasil,” kata Sean Couch, astrofisikawan komputasi di Michigan State University.

Tentu saja, hal-hal spesifik yang terjadi jauh di dalam supernova saat meledak selalu menjadi misteri. Ini adalah kuali ekstrem, sup bergolak yang mengubah materi, di mana partikel dan kekuatan yang sering diabaikan dalam dunia kita sehari-hari menjadi kritis. Yang memperparah masalah, bagian dalam yang eksplosif sebagian besar tersembunyi dari pandangan, diselimuti awan gas panas. Memahami detail supernova “telah menjadi masalah utama yang belum terpecahkan dalam astrofisika,” kata Adam Burrows, astrofisikawan di Universitas Princeton yang telah mempelajari supernova selama lebih dari 35 tahun.

Namun, dalam beberapa tahun terakhir, para ahli teori telah mampu memahami mekanisme kompleks yang mengejutkan yang membuat supernova berdetak. Simulasi yang meledak telah menjadi norma, bukan pengecualian, tulis Burrows Alam bulan ini. Kode komputer kelompok penelitian saingan sekarang menyetujui bagaimana gelombang kejut supernova berevolusi, sementara simulasi telah berkembang sejauh ini sehingga bahkan efek relativitas umum Einstein yang terkenal rumit pun ikut disertakan. Peran neutrino akhirnya dipahami.

“Ini momen yang menentukan,” kata Couch. Apa yang mereka temukan adalah bahwa tanpa turbulensi, bintang yang runtuh tidak akan pernah membentuk supernova sama sekali.

Tarian Chaotic

Untuk sebagian besar kehidupan bintang, tarikan gravitasi ke dalam secara hati-hati diimbangi oleh dorongan keluar radiasi dari reaksi nuklir di dalam inti bintang. Saat bintang kehabisan bahan bakar, gravitasi memegang kendali. Inti tersebut runtuh dengan sendirinya — jatuh dengan kecepatan 150.000 kilometer per jam — menyebabkan suhu melonjak hingga 100 miliar derajat Celcius dan menggabungkan inti menjadi bola neutron padat.

Lapisan luar bintang terus jatuh ke dalam, tetapi saat mereka mengenai inti neutron yang tidak dapat dimampatkan ini, mereka memantul darinya, menciptakan gelombang kejut. Agar gelombang kejut menjadi ledakan, gelombang itu harus didorong keluar dengan energi yang cukup untuk menghindari tarikan gravitasi bintang. Gelombang kejut juga harus melawan spiral dalam dari lapisan terluar bintang, yang masih jatuh ke inti.

Sampai saat ini, kekuatan yang menggerakkan gelombang kejut hanya dipahami dalam istilah yang paling kabur. Selama beberapa dekade, komputer hanya cukup kuat untuk menjalankan model sederhana dari inti yang runtuh. Bintang diperlakukan sebagai bola yang sempurna, dengan gelombang kejut yang memancar dari pusat dengan cara yang sama ke segala arah. Tapi saat gelombang kejut bergerak keluar dalam model satu dimensi ini, gelombang itu melambat dan kemudian terputus-putus.

Hanya dalam beberapa tahun terakhir, dengan pertumbuhan superkomputer, para ahli teori memiliki daya komputasi yang cukup untuk memodelkan bintang masif dengan kerumitan yang diperlukan untuk mencapai ledakan. Model terbaik sekarang mengintegrasikan detail seperti interaksi tingkat mikro antara neutrino dan materi, gerakan cairan yang tidak teratur, dan kemajuan terkini dalam berbagai bidang fisika — dari fisika nuklir hingga evolusi bintang. Selain itu, para ahli teori sekarang dapat menjalankan banyak simulasi setiap tahun, memungkinkan mereka untuk dengan bebas mengubah model dan mencoba kondisi awal yang berbeda.

Diposting oleh : joker123