Pulsar PSR J0108-1431 (atau disingkat J0108 saja) diketahui berusia sekitar 200 juta tahun. Diantara pulsar yang terisolasi (pulsar yang bukan merupakan bagian dari sistem biner) lainnya, usia pulsar ini lebih dari 10 kali lebih tua daripada pemegang rekor sebelumnya dalam deteksi sinar-X. Dengan jarak 770 tahun cahaya, pulsar ini juga merupakan salahsatu pulsar terdekat yang diketahui.

Pulsar terbentuk bilamana sebuah bintang yang jauh lebih masif daripada Matahari mengalami keruntuhan dalam ledakan supernova, meninggalkan sisa yang kecil namun berinti sangat masif, yang dikenal sebagai bintang neutron. Dalam kelahirannya, bintang neutron ini, yang tersusun atas material terpadat yang dikenal di jagat raya, berputar (berotasi) dengan sangat cepat, hingga ratusan kali putaran setiap detiknya. Seraya berputar, bintang tersebut memancarkan radiasi yang terlihat sebagai denyutan bagi pengamat di tempat yang jauh, analog dengan pancaran sinar dari sebuah mercusuar, yang dikenal dengan sebutan “pulsar”.

Para astronom mengamati perlambatan secara gradual dari rotasi pulsar seraya pulsar tersebut meradiasikan energinya. Observasi radio terhadap J0108 menunjukkan bahwa objek tersebut adalah pulsar tertua dan paling redup yang diketahui, berputar dengan kecepatan sedikit lebih cepat dari satu putaran per detik.

Kiri: Citra komposit data sinar-X dari Chandra (ungu) dan emisi optikal dari Very Large Telescope (merah, putih dan biru.) terhadap J0108. Kanan: Ilustrasi artis mengenai penampakan J0108 apabila dilihat dari jarak dekat. (Gambar: X-ray: NASA/CXC/Penn State/G. Pavlov et al. Optical: ESO/VLT/UCL/R. Mignani et al. Illustration: CXC/M. Weiss)

Kejutan muncul ketuka tim astronom dibawah pimpinan George Pavlov dari Penn State University mengamati J0108 dalam panjang gelombang sinar-X menggunakan Chandra. Mereka menemukan bahwa pulsar tersebut berpendar lebih cemerlang dalam sinar-X daripada yang diharapkan dari pulsar setua itu.

Sebagian energi yang terlepas dari J0108 saat ia berputar makin pelan terkonversi dalam bentuk radiasi sinar-X. Efisiensi dari proses ini untuk J0108 diketahui lebih tinggi daripada pulsar lain yang telah dikenal.

“Pulsar ini melepaskan radiasi berenergi tinggi jauh lebih efisien daripada saudaranya yang lebih muda,” jelas Pavlov. “Dengan demikian, walaupun pulsar tersebut meredup seiring dengan penuaannya, namun ia masih menyimpan material yang lebih banyak dibandingkan dengan generasi (pulsar) yang lebih muda.”

Kelihatannya ada dua jenis emisi sinar-X yang dipancarkan oleh J0108: emisi dari partikel yang berpilin di sekeliling medan magnet, dan emisi dari area yang terpanaskan di sekeliling kutub magnetik bintang neutron. Menentukan suhu dan ukuran dari daerah yang terpanaskan tersebut akan menyediakan informasi yang berharga mengenai sifat-sifat permukaan bintang neutron dan proses dimana partikel bermuatan diakselerasikan oleh pulsar.

Pulsar yang lebih muda dan cemerlang, yang biasanya dideteksi melalui teleskop radio dan sinar-X, tidaklah mewakili keseluruhan populasi objek sejenisnya. Dengan demikian pengamatan terhadap objek semacam J0108 membantu para astronom untuk melihat sifat-sifat pulsar dalam rentang yang lebih lengkap. Karena usianya yang lebih tua, J0108 sudah mendekati apa yang disebut sebagai “garis kematian pulsar” (pulsar death line), dimana denyut radiasinya akan segera padam dan dengan demikian akan lebih sulit, atau bahkan mustahil untuk diamati.

“Kini kita dapat mengeksplorasi properti dari pulsar dalam keadaan dimana tidak ada pulsar lain yang pernah terdeteksi diluar rentang (panjang gelombang) radio,” tukas Oleg Kargaltsev dari University of Florida, co-author dari makalah yang memuat penemuan ini. “Untuk memahami properti dari pulsar yang tengah sekarat, sangat penting untuk mempelajari radiasinya dalam gelombang sinar-X. Penemuan kami bahwa sebuah pulsar yang sangat tua dapan menjadi pemancar sinar-X yang demikian efisien memberikan kami harapan untuk menemukan pulsar-pulsar dekat yang baru dari kelas ini melalui meisi sinar-X nya.

Observasi ini telah dilaporkan oleh Pavlov dan para koleganya pada 20 Januari 2009 dalam Astrophysical Journal. Namun demikian, sifat yang eksterem dari J0108 tidak terlihat secara penuh hingga besaran jarak yang baru ke objek ini dilaporkan pada 6 Februari lalu dalam sebuah tesis PhD oleh Adam Deller dari Swinburne University, Australia. Besaran jarak yang baru ini lebih besar dan lebih akurat daripada jarak yang dipakai dalam paper Chandra, menunjukkan bahwa J0108 lebih cemerlang dalam sinar-X daripada perkiraan sebelumnya.

“Dengan segera pulsar ini menjadi pemegang rekor untuk kemampuannya memproduksi sinar-X,” terang Pavlov, “dan hasil yang kami peroleh menjadi lebih menarik tanpa kami perlu melakukan lebih banyak kerja ekstra.”

Posisi dari pulsar seperti yang terlihat oleh Chandra dalam sinar-X pada awal 2007 sedikit berbeda dari posisi yang teramati dalam gelombang radio pada 2001. Hal ini mengimplikasikan bahwa pulsar tersebut bergerak dalam kecepatan sekitar 440.000 mil/jam (sekitar 708.000 km/jam), atau mendekati nilai tipikal sebuah pulsar.

Saat ini, pulsar tersebut bergerak ke arah selatan dari bidang galaksi Bima Sakti, namun dikarenakan kecepatan geraknya masih lebih kecil daripada kecepatan lolos (escape velocity) dari galaksi, pulsar tersebut sewaktu-waktu akan berbalik kembali menuju bidang galaksi pada arah yang berlawanan.

Deteksi terhadap pergerakan ini telah memungkinkan Roberto Mignani dari University College London, dalam kolaborasinya dengan Pavlov dan Kargaltsev, untuk mendeteksi J0108 dalam cahaya optikal, dengan memperkirakan dimana pulsar ini seharusnya dapat terlihat pada citra yang diambil pada tahun 2000. Studi dalam multi-panjang-gelombang dari pulsar berusia tua adalah hal yang kritikal untuk memahami evolusi jangka panjang dari bintang neutron, khususnya bagaimana bintang tersebut mendingin seiring berlalunya waktu, dan bagaimana medan magnetnya yang sangat kuat berevolusi. (chandra.harvard.edu)

“Ini adalah contoh pertama pulsar dari kelas baru yang secara mendasar akan memberi pencerahan mengenai bagaimana sebuah bintang bekerja,” jelas Peter Michelson dari Stanford University, peneliti utama LAT. Data dari LAT diproses oleh DOE’s Stanford Linear Accelerator dan dianalisis oleh kolaborasi internasional untuk LAT.

Pulsar sinar gamma tersebut terletak pada sisa sebuah supernova yang dikenal sebagai CTA 1, yang berlokasi sekitar 4.600 tahun cahaya di konstelasi Cepheus. Sebagaimana halnya sebuah mercusuar pancaran cahayanya menyapu Bumi sekali setiap 316,86 milidetik dengan emisi 1.000 kali energi matahari. Hasil pengamatan terhadap objek ini telah diterbitkan dalam jurnal Science Express edisi 16 Oktober.

Pulsar adalah bintang neutron yang berotasi dengan cepat, yang merupakan sisa yang tertinggal dari kematian sebuah bintang masif. Para astronom telah mengkatalogkan sekitar 1.800 pulsar. Walaupun kebanyakan diantaranya memancarkan denyut dalam gelombang radio, sebagian lainnya juga melepaskan energi dalam bentuk lain, termasuk cahaya kasatmata dan sinar-X.

Posisi pulsar pada sisa supernova CTA 1 (Gambar: NASA/S. Pineault, DRAO)

Tidak seperti pulsar-pulsar yang telah ditemukan sebelumnya, sumber CTA 1 teramati hanya berkelip dalam gelombang energi sinar gamma. Hal ini menawarkan cara baru bagi para ilmuwan untuk mempelajari bintang-bintang di alam semesta kita. Para ilmuwan menduga bahwa CTA 1 hanyalah objek pertama dari populasi besar dari objek serupa. “LAT memberikan kita pandangan yang unik mengenai populasi pulsar pada galaksi, dan mengungkap objek-objek yang bahkan tidak kita ketahui keberadaannya,” jelas Steve Ritz, Project Scientist dari Fermi Gamma-ray Space Telescope.

Pulsar CTA 1 tidak terletak di pusat reruntuhan bintang yang diselubungi gas. Ledakan supernova yang dapat berlangsung secara asimetris, seringkali melontarkan bintang neutron dari tempatnya semula. Berdasarkan usia reruntuhan, dan jarak pulsar dari pusatnya, para astronom meyakini bahwa bintang neutron tersebut tengah bergerak dengan kecepatan sekitar sejuta mil per jam – kecepatan tipikal untuk sebuah bintang neutron.

Proyek LAT memindai (scan) keseluruhan langit sekali setiap 3 jam dan mendeteksi foton dengan energi dari 20 juta hingga lebih dari 300 miliar kali energi cahaya kasatmata. Instrumen yang digunakan dapat melihat sekitar satu pancaran sinar gamma tiap menitnya dari CTA 1. Hal ini cukup bagi para ilmuwan untuk menyusun gambaran mengenai sifat-sifat denyutan bintang neutron, periode rotasinya, dan tingkat perlambatan rotasinya.

Pancaran pulsar muncul akubat bintang neutron menghasilkan medan magnet yang besar dan berotasi dengan cepat. Partikel bermuatan mengalir keluar dari kutub magnetik bintang dengan kelajuan mendekati kecepatan cahaya untuk kemudian menghasilkan pancaran sinar gamma seperti yang teramati oleh teleskop. Karena pancaran itu mendapatkan energinya dari rotasi bintang, ia juga secara gradual memperlambat putaran pulsar. Dalam kasus CTA 1, periode rotasi meningkat sekitar satu detik setiap 87.000 tahun.

Pengukuran ini juga penting untuk memahami dinamika sifat-sifat pulsar dan dapat digunakan untuk memperkirakan usia pulsar. Dengan memperlambat periodennya, para peneliti telah menemukan bahwa pulsar tersebut sebenarnya memberikan energi bagi semua aktifitas dalam nebula tempatnya berada.

“Observasi ini menunjukkan kemampuan dari LAT,” jelas Michelson. Peralatan itu, “demikian sensitif sehingga kita kini dapat menemukan jenis baru dari suatu objek hanya dengan mengamati emisi sinar gamma yang dipancarkannya.” (www.nasa.gov)

Penemuan yang dicapai oleh para peneliti di University of Manchester’s Jodrell Bank Centre for Astrophysics sebagai bagian dari tim astronom antarbangsa tersebut telah dipublikasikan pada jurnal ilmiah “Science” pada 4 Juli lalu.

Sistem bintang yang terdiri atas dua pulsar terbentuk apabila sepasang bintang masif meledak dan intinya runtuh hingga menciptakan objek yang massanya lebih besar dari massa Matahari, namun terpadatkan dalam ukuran sepadan dengan sebuah kota kecil di Bumi. Sebuah pulsar berotasi dengan selang waktu teratur seraya memancarkan gelombang radio yang sangat kuat. Gelombang radio yang dipancarkannya akan tertangkap oleh teleskop radio di Bumi sebagai semacam “mercu suar kosmis” yang memancarkan denyut energi secara teratur.

Sepasang pulsar, dikenal sebagai PSR J0737-3039A/B, adalah satu-satunya sistem yang diketahui di galaksi kita dimana dua pulsar terkunci pada orbit yang sedemikian dekat satu sama lainnya. Menurut Prof. Michael Kramer dari University of Manchester, pulsar ganda tersebut ditemukan pada 2003 menggunakan Teleskop Radio Parkes di Australia. Denyut yang dipancarkannya telah diamati menggunakan beberapa teleskop, diantaranya adalah teleskop Lovell di Jodrel Bank, dan teleskop Green Bank di Amerika Serikat.

Pulsar ganda tersebut telah menciptakan kondisi ideal untuk menguji prediksi teori gravitasi Einstein, relativitas umum, dalam medan gravitasional yang kuat. Demikian seperti dijelaskan René Breton dari McGill University. Hal ini disebabkan makin besar dan makin dekat dua objek masif, makin besar pula efek relativistik disana. Einstein telah memprediksi bahwa dalam medan sedemikian, sumbu rotasi objek tersebut akan mengalami presesi – berubah arah secara perlahan saat pulsar tersebut mengorbit pasangannya.

Karena ukurannya yang kecil dan jaraknya yang terlampau jauh, maka gerak osilasi tersebut tidak dapat diamati secara langsung. Namun demikian, ketika pulsar ganda tersebut saling mengorbit setiap 145 menit, masing-masing pulsar akan melintas didepan pasangannya. Para astronom menyadari bahwa mereka dapat mengukur arah sumbu putaran pulsar tersebut ketika daerah yang sangat termagnetisasi yang melingkupi salah satu pulsar akan menghalangi gelombang radio yang dipancarkan pulsar lainnya. Setelah dengan tekun mengumpulkan data denyut yang diterima selama empat tahun terakhir, mereka akhirnya menemukan bahwa gerak presesi sumbu rotasinya ternyata sesuai dengan yang diprediksi oleh Einstein.

Walaupun gerak presesi sumbu rotasi telah teramati pada tata surya, perbedaan antara relativitas umum dan teori alternatif dalam gravitasi hanya mungkin dapat teramati dalam medan gravitasi yang teramat-sangat kuat seperti yang didapati pada sistem pulsar ganda.

Sejauh ini, teori Einstein telah lolos dari segala jenis pengujian, termasuk pengujian kali ini. “Apabila seseorang ingin mengajukan teori alternatif tentang gravitasi, maka teori itu harus sesuai dengan hasil yang telah kami dapatkan disini,” demikian Breton. (nsf.gov)

Para astronom di Arecibo telah memperbesar limit masa yang diperlukan oleh bintang neutron untuk menjelma menjadi lubang hitam.

“Materi di pusat suatu bintang neutron dapat sedemikian padat. Pengukuran terkini kami terhadap massa bintang-bintang neutron akan membantu para ahli fisika nuklir untuk memahami sifat-sifat materi yang sangat padat,” jelas Freire. “Ini juga berarti bahwa untuk membentuk lubang hitam, diperlukan massa yang lebih besar daripada yang diperkirakan sebelumnya. Dengan demikian, di alam semesta, lubang hitam mungkin lebih jarang ditemui, dan bintang neutron sedikit lebih melimpah.”

Saat inti sebuah bintang masif kehabisan bahan bakar nuklirnya, gravitasinya yang sangat besar menyebabkan bintang tersebut runtuh dan kemudian menjelma menjadi sebuah supernova. Inti bintang, biasanya bermassa sekitar 1,4 kali massa Matahari, terpadatkan dalam suatu bintang neutron. Objek yang ekstrem ini memiliki radius sekitar 10 hingga 17 kilometer, namun dengan kepadatan hingga semiliar ton per centimeter kubik. Menurut Freire, bintang neutron tak ubahnya seperti sebuah inti atom tunggal berukuran raksasa dengan massa sekitar 560.000 kali massa Bumi kita.

Menurut perkiraan para astronom sebelumnya, sebuah bintang neutron membutuhkan massa maksimum antara 1,6 hingga 2,5 kali massa Matahari agar dapat runtuh dan membentuk lubang hitam. Namun demikian, penelitian terkini menunjukkan bahwa bintang neutron dapat tetap dalam bentuknya pada massa 1,9 hingga tidak mustahil mencapai 2,7 kali massa Matahari.

“Materi pada pusat bintang neutron adalah yang terpadat di alam semesta, dan merupakan salah satu dari dua orde magnitude yang lebih padat ketimbang materi dalam inti atom. Sedemikian padatnya sehingga kita tidak mengetahui materi yang menyusunnya,” terang Fraire. “Karena alasan itu, kami saat ini masih belum memiliki bayangan tentang seberapa besar atau seberapa masif sebuah bintang neutron dapat membentuk.

Antara bulan Juni 2001 hingga Maret 2007, Freire menggunakan receiver “L-wide” (sensitif terhadap frekuensi radio antara 1100 hingga 1700 MHz) di Arecibo beserta perangkat Wide-Band Arecibo Pulsar Processors — spektrometer supercepat pada teleskop Arecibo — untuk mempelajari pulsar biner (berpasangan) yang disebut M5 B, di kluster globular M5 yang terletak di konstelasi Serpens. Sebuah pulsar adalah bintang neutron dengan medan magnet yang kuat yang memancarkan radiasi elektromagnetik, biasanya dari kutub magnetisnya. Mirip seperti kita menyaksikan cahaya lampu mercusuar, pengamat dari jarak jauh akan menerima serangkaian denyutan, yang disebabkan oleh rotasi pulsar tersebut. Dalam kasus M5 B, denyutan gelombang radio diterima di Bumi sekali setiap 7,95 milidetik.

Denyutan gelombang radio ini dipindai (scan) oleh sebuah spektrometer pita-lebar sekali setiap 64 mikrodetik dalam 256 kanal spektral, dan kemudian direkam dalam media penyimpan komputer dengan informasi waktu yang akurat. Waktu kedatangan denyutan itu kemudian dipakai oleh para astronom untuk mengukur pergerakan orbit M5 B terhadap pasangannya secara akurat. Hal ini memungkinkan para astronom untuk memperkirakan massa pulsar tersebut, yakni sekitar 1,9 kali massa Matahari. (pressoffice.cornell.edu)