SETELAH lebih dari satu Dasa warsa para ilmuwan di observatorium High Energy Stereoscopic System (HESS) di Namibia berhasil mendeteksi elektron kosmik paling energik yang pernah diamati, membuka jalan baru dalam pemahaman kita tentang alam semesta.
“Sinar kosmik adalah Rahasia yang telah Terdapat selama satu abad,” ujar Mathieu de Naurois, seorang peneliti di Pusat Penelitian Ilmiah Nasional Prancis (CNRS) sekaligus wakil direktur kolaborasi HESS.
Sinar kosmik pertama kali dilaporkan pada 1912 oleh fisikawan Austria, Victor Hess. Penemuan ini terjadi setelah serangkaian penerbangan balon udara yang bertujuan Kepada menyelidiki radiasi pengion yang awalnya terdeteksi menggunakan elektroskop. Tetapi, setelah mencapai ketinggian 5.300 meter, Hess menemukan adanya sumber alami partikel Kekuatan tinggi dari luar angkasa, yang kini kita kenal sebagai sinar kosmik.
Kini, para ilmuwan HESS bersemangat karena mereka berhasil mendeteksi elektron dan positron paling energik hingga Demi ini. Positron adalah “kebalikan” dari elektron karena Mempunyai massa yang sama, tetapi bermuatan positif seperti proton. Intervensi ini menarik karena memberikan bukti Konkret tentang proses kosmik ekstrem yang menghasilkan Kekuatan dalam jumlah besar.
“Memahami sinar kosmik memungkinkan kita mengungkap akselerator partikel besar di alam semesta yang sering dikaitkan dengan fenomena paling ganas: ledakan bintang; objek sangat padat dengan medan gravitasi dan elektromagnetik besar, seperti bintang neutron dan pulsar; penggabungan kataklismik; serta lubang hitam,” Jernih de Naurois.
Menariknya, elektron dengan Kekuatan setinggi ini kehilangan energinya dengan Segera, tim Tentu sumbernya berasal dari tempat yang relatif dekat. “Di Sekeliling tata surya kita, Terdapat akselerator kosmik yang sangat efisien Kepada elektron,” kata de Naurois. “Dalam jarak beberapa ratus tahun Sinar, terdapat banyak bintang, dengan bintang-bintang terdekat biasanya berjarak Sekeliling dua tahun Sinar dari Bumi. Kita juga berharap Terdapat beberapa ‘bintang Tewas’ di Distrik ini, seperti pulsar atau sisa-sisa supernova, yang mungkin menjadi sumber elektron ini.”
Mendeteksi elektron dan positron dengan Kekuatan beberapa teraelektronvolt (TeV) sangat menantang karena beberapa Dalih.
Pertama, medan magnet galaksi menyebabkan elektron menyimpang dari jalur lurus, sehingga tiba di Bumi dari arah yang tampaknya acak. Kedua, instrumen berbasis luar angkasa terlalu kecil Kepada menangkap partikel-partikel ini dalam jumlah cukup, sebagian karena distribusi Kekuatan partikel yang Kagak merata di luar angkasa.
Dengan kata lain, sumber sinar kosmik mempercepat partikel secara bertahap, sehingga partikel dengan Kekuatan lebih tinggi lebih cenderung keluar dari sistemnya. Karena mencapai Kekuatan tertinggi membutuhkan waktu, ini menghasilkan kelimpahan partikel Kekuatan rendah dan semakin sedikit partikel pada tingkat Kekuatan yang lebih tinggi. “Pada Kekuatan tinggi, fluks sinar kosmik turun dengan Segera, sehingga instrumen luar angkasa hanya mengumpulkan sedikit partikel,” Jernih de Naurois.
Di sisi lain, teleskop berbasis darat yang mendeteksi sinar kosmik secara Kagak langsung mengalami kesulitan membedakan elektron sinar kosmik dari berbagai jenis sinar kosmik lain yang membombardir atmosfer Bumi.
“HESS, sebaliknya, Mempunyai area efektif yang besar, menjadikannya sangat cocok Kepada mempelajari bagian Kekuatan tinggi dari spektrum elektron,” tambah de Naurois.
Observatorium HESS, yang terdiri dari lima teleskop besar yang tersebar di area seukuran lapangan sepak bola, dirancang Kepada menangkap pancaran atmosfer yang menghasilkan radiasi Cherenkov. Radiasi ini terjadi ketika partikel berenergi tinggi bertabrakan dengan atmosfer Bumi, menciptakan pancaran partikel yang dapat dideteksi dan dianalisis oleh teleskop.
Meskipun tujuan utamanya adalah mendeteksi sinar gamma dan menemukan sumbernya, tim memanfaatkan data tersebut Kepada mencari elektron sinar kosmik berenergi tinggi. “Algoritma yang digunakan di sini didasarkan pada Komparasi piksel demi piksel, menggunakan pemodelan statistik canggih antara model yang telah dihitung sebelumnya dan gambar yang direkam oleh kamera,” ujar de Naurois.
Awalnya, algoritma ini diadaptasi Kepada mendeteksi elektron yang sedikit berbeda dari sinar gamma. Mereka juga harus dapat membedakan elektron dari sinyal latar belakang. Karena elektron langka dalam data, algoritma tersebut harus disesuaikan Kepada menolak partikel sinar kosmik lain dengan menerapkan kriteria yang lebih ketat, meskipun hal ini juga mengurangi jumlah elektron yang terdeteksi.
Kepada meningkatkan akurasi, “setiap pengamatan teleskop disimulasikan secara menyeluruh, memberikan pemahaman yang lebih mendalam tentang bagaimana instrumen berperilaku,” Jernih de Naurois.
Hasilnya adalah kumpulan data statistik yang belum pernah Terdapat sebelumnya Kepada menganalisis elektron sinar kosmik. Tim mengonfirmasi spektrum Kekuatan elektron meluas hingga setidaknya 40 TeV, yang 400 kali lebih tinggi dari kemampuan deteksi Kekuatan akselerator berbasis Bumi.
Sebuah “patah tajam” dalam spektrum Sekeliling 1 TeV menunjukkan elektron pada Kekuatan ini kehilangan energinya dengan Segera di dalam Galaksi Bima Sakti, menunjukkan, seperti yang dinyatakan de Naurois, bahwa mereka berasal dari sumber yang relatif dekat.
“Kejelasan patahan ini menunjukkan bahwa hanya sedikit, atau bahkan hanya satu, sumber kosmik yang bertanggung jawab atas elektron ini,” tambahnya.
“Kalau beberapa sumber terlibat, spektrum akan lebih halus, dengan patahan terjadi pada tingkat Kekuatan yang berbeda-beda. Kandidat terbaik adalah supernova Uzur, atau angin bintang kuat dari bintang WR [inti telanjang dari bintang-bintang besar yang awalnya telah kehilangan selubung kaya hidrogen akibat angin bintang], tetapi Terdapat kemungkinan lain yang belum Dapat kita abaikan.”
Tim mengatakan analisis mereka Kagak hanya menyediakan data Krusial, tetapi juga data yang akan menjadi tolok ukur Kepada studi masa depan. (Space/Z-3)
