Emisi Radio dari Tubrukan Antar Kluster Galaksi

Sekelompok ilmuwan, termasuk para astronom dari Naval Research Laboratory (NRL), telah mendeteksi keberadaan emisi radio dengan gelobang panjang dari kluster galaksi masif yang tengah bertubrukan, yang tidak terdeteksi dalam panjang gelombang yang lebih pendek yang biasanya didapati pada objek semacam itu.

Penemuan ini memiliki implikasi bahwa teleskop radio yang eksis sekarang telah melewatkan populasi besar dari objek-objek yang tengah berbenturan tersebut. Hal ini juga menyediakan konfirmasi yang penting tentang prediksi teoretis bahwa kluster galaksi yang tengah bertubrukan mengakselerasikan elektron dan partikel-partikel lainnya ke tingga energi yang sangat tinggi dalam suatu proses gelombang yang bergolak (turbulent). Penemuan ini terungkap dalam jurnal Nature edisi 16 Oktober 2008.

Populasi objek-objek baru ini lebih mudah untuk dideteksi dalam gelombang panjang. Profesor Greg Taylor dari University of New Mexico dan direktur saintifik dari Long Wavelength Array (LWA) menjelaskan bahwa, “Penemuan ini adalah puncak dari sebuah gunung es. Saat teleskop-teleskop yang lebih kuat dalam frekuensi rendah, termasuk LWA di New Mexico, mulai mengarahkan pandangannya ke alam semesta, maka langit akan ‘disinari’ oleh ratusan, atau bahkan ribuan kluster galaksi yang saling bertubrukan.”

NRL telah memainkan peranan kunci dalam mempromosikan pembangunan instrumen generasi baru ini dan kini terlibat dalam pengembangan LWA. Astronom radio dari NRL dan saintis proyek LWA Namir Kassim berkomentar bahwa penemuan kelas yang sebelumnya tersembunyi dari kluster sumber gelombang radio rendah tersebut sangat penting dikarenakan studi kluster galaksi adalah motivasi utama terhadap pembangunan LWA.

Citra false-color gabungan dari kluster galaksi A521. Warna biru merepresentasikan gas panas tipikal banyak kluster galaksi yang dideteksi oleh Chandra. Bentuk emisi sinar-X mengindikasikan bahwa kluster tersebut baru saja mengalami tubrukan atau penggabungan yang menghasilkan gelombang yang bergolak (turbulent waves). Warna merah merepresentasikan emisi pada panjang gelombang 125 cm. Sumber gelombang radio yang cemerlang di sisi kiri bawah dari gas sinar-X adalah sumber terpisah. Daerah emisi radio yang dihasilkan oleh gelombang yang bergolak berlokasi di pusat kluster, dimana kedua warna tersebut saling bertindihan. (Gambar: Radio pNCRA/GMRT/INAF/G.Brunetti et al.]; X-ray [NASA/CXC/INAF/S.Giacintucci et al.])

Penemuan emisi pada kluster galaksi Abell 521 (atau disingkat A521) dicapai menggunakan perangkat Giant Metrewave Radiotelescope (GMRT) di India, dan sifat gelombang panjangnya dikonfirmasi oleh teleskop radio Very Large Array di New Mexico yang dioperasikan oleh National Science Foundation. Citra berikut dibuat berdasarkan data yang diambil oleh observatorium sinar-X Chandra.

Emisi sinar-X berasal dari gas termal panas, suatu tanda yang dikenal baik sebagai tinggalan dari sebuah kluster galaksi masif. Lebih jauh lagi, bentuknya yang memanjang mengindikasikan bahwa kluster tersebut baru-baru ini telah mengalami tubrukan (collision) yang dahsyat, atau “penggabungan”, dimana kelompok lain atau atau kluster galaksi tertelan oleh pontensi gravitasional kluster utama. Ilmuwan dari NRL, Tracy Clarke, yang juga ilmuwan sistem LWA mencatat, “Selain menunjukkan kepada kita mengenai sifat-sifat materi gelap, penggabungan kluster juga penting dalam studi mengenai sifat-sifat misterius energi gelap. Memahami kedua komponen ganjil dari alam semesta tersebut akan membantu kita memahami takdir alam semesta kita yang dahsyat.”

Dalam citra radio, ditemui emisi yang kuat pada sisi kiri bawah dari batas gas sinar-X yang dideteksi oleh Chandra; ini adalah sumber terpisah. Pada pusat kluster, dalam wilayah yang diindikasikan oleh lingkaran yang terputus-putus, emisi radio berubah signifikan sesuai panjang gelombangnya. Pada panjang gelombang yang lebih besar (125 cm seperti yang ditunjukkan) emisi tersebut dapat dideteksi dengan baik, namun dalam panjang gelombang 49 cm, tampak lebih redup, dan hampir seluruhnya hilang pada panjang gelombang 21 cm. Citra multi-panjang-gelombang dari sebaran emisi tersebut merupakan bukti kuat dari perdiksi teoretis untuk akselerasi partikel oleh gelombang yang bergolak yang dihasilkan oleh tubrukan yang dahsyat.

Dalam konteks astrofisika yang lebih luas, kluster galaksi adalah sistem yang terikat secara gravitasional di alam semesta, dan tubrukan diantaranya adalah peristiwa paling berenergi setelah dentuman besar. Seperti diungkapkan oleh pimpinan tim, Gianfranco Brunetti (Instituto di Radioastronomia, Bologna, Italia), “Sistem A521 menyediakan bukti bahwa perilaku bergolak (turbulence acts) sebagai sumber dari akselerasi partikel dalam lingkungan yang unik di alam semesta, terjadi akibat besarnya skala spasial dan temproalnya, dan juga karena rendahnya densitas dan tingginya suhu gas.” (www.nrl.navy.mil)