KILATAN SINAR GAMMA DARI 1991 BERDENTING SEPERTI MAGNETAR

Pada 11 Juli 1991, instrumen BATSE di atas Compton Gamma Ray Observatory merekam sebuah kilatan sinar gamma. GRB 910711 dilaporkan sebagai ledakan terpendek yang pernah dilihat misi itu: lonjakan terang sekitar 10 milidetik, lalu ekor redup selama 100 hingga 200 milidetik. Pada 2023, sebuah analisis atas 724 ledakan pendek menjadikannya kandidat terkuat untuk osilasi kilohertz — kecerahan yang naik dan turun ribuan kali per detik — yang ditafsirkan sebagai gerakan sebuah bintang neutron “hipermasif” yang ditinggalkan oleh penggabungan.

Dua tersangka untuk satu kilatan singkat

Ledakan sinar gamma pendek memiliki dua kemungkinan sumber: penggabungan bintang-bintang kompak, atau suar raksasa dari sebuah magnetar, bintang neutron dengan medan magnet yang sangat kuat. Beberapa suar raksasa dari galaksi lain menyerupai ledakan penggabungan dalam durasi dan energi cahayanya; tanpa posisi yang tepat di langit, keduanya sulit dibedakan. Posisi GRB 910711 memiliki ketidakpastian sekitar 6 derajat.

Run-Chao Chen dan Bin-Bin Zhang (Universitas Nanjing), Ore Gottlieb (Massachusetts Institute of Technology), dan lima kolega mereka berangkat dari sebuah ketegangan dalam tafsiran penggabungan.

Cahaya yang terlalu keras untuk membawa denyut

Spektrum GRB 910711 dapat dicocokkan kira-kira sama baiknya dengan benda hitam — pancaran benda panas yang buram — maupun dengan bentuk yang biasanya dicocokkan pada ledakan penggabungan. Dengan bentuk kedua itu, spektrumnya tampak luar biasa “keras” — condong ke foton berenergi tinggi — di ujung ekstrem ledakan-ledakan yang diukur BATSE.

Penjelasan alaminya: cahaya yang keluar dari sebuah fotosfer, lapisan tempat awan yang buram melepaskan cahayanya. Tetapi di sana, cahaya keluar jauh dari mesin pusat, setelah banyak hamburan. Denyut kilohertz yang ditentukan oleh bintang neutron di pusat akan membutuhkan mekanisme tambahan agar selamat dalam perjalanan itu, atau agar terbentuk kembali saat keluar.

Kembaran yang lebih redup dari suar yang sudah dikenal

Pembanding mereka adalah GRB 200415A, yang terekam pada 15 April 2020: suar raksasa magnetar dari galaksi dekat NGC 253, sejauh 3,5 megaparsek — megaparsek adalah satuan yang dipakai astronom untuk jarak antargalaksi.

Jika diselaraskan pada puncaknya, kedua kurva cahaya itu tampak mirip: lonjakan 10 milidetik yang sama, ekor lebih lemah yang sama, fitur-fitur sesingkat sekitar 90 mikrodetik — sepersejuta detik — pada 1991, dan 65 pada 2020. Model suar 2020 yang sekadar dibuat lebih redup, seolah-olah meledak lebih jauh, mereproduksi bentuk ledakan 1991. Sebuah ilustrasi, tegas para penulis, bukan pengukuran jarak.

Nada-nada atas sekitar 360 hertz

Di dalam lonjakan itu, tim tersebut menemukan sebuah tonjolan pada 360 hertz — 360 kali per detik — dalam ledakan 1991, dan pada 350 hertz pada 2020. Dalam rentang 10 milidetik, frekuensi yang lebih dekat dari sekitar 100 hertz tidak dapat dibedakan: kedua tonjolan itu tak terbedakan.

Peta ritme terhadap waktu memperlihatkan puncak-puncak yang menyala pada kelipatan bulat 360 hertz, seperti nada-nada atas dari satu nada: 1, 3, 5, 6, dan 11 kali 360 pada GRB 910711; 2, 4, 6, dan 12 kali pada GRB 200415A. Keduanya berbagi kelipatan keenam, sekitar 2.160 hertz, dekat dengan osilasi yang sudah dilaporkan pada suar 2020.

Bispektrum (bispectrum) memeriksa apakah osilasi-osilasi saling terkopel: osilasi yang terkopel menghasilkan daya pada jumlah frekuensinya. Pada suar 2020, komponen 4.320 hertz cocok dengan dua komponen 2.160 hertz yang terkopel, yang masing-masing cocok dengan 720 dan 1.440 hertz yang terkopel.

100.000 ledakan palsu

Untuk menguji kebetulan, untuk setiap ledakan tim itu membuat 100.000 kurva cahaya palsu dengan bentuk lonjakan dan derau pencacahan foton yang sama, tetapi tanpa osilasi. Tonjolan 360 hertz muncul setidaknya sama kuatnya pada sekitar 5% di antaranya untuk GRB 910711, dan 0,1% untuk GRB 200415A. Ketika kurva palsu juga membawa osilasi kilohertz yang sudah dilaporkan dan derau latar yang lebih realistis, angka-angka itu naik menjadi 15,5% dan 33,4%: jika berdiri sendiri, tonjolan rendah itu menjadi kurang mengejutkan.

Nada-nada atasnya hanya diuji terhadap kurva palsu tanpa osilasi, dan di situ mereka bertahan. Perbedaan kecil pada frekuensi dasar dilipatgandakan pada setiap nada atas, sehingga polanya mengujinya lebih halus daripada tonjolan itu sendiri. Dengan memindai dari 260 hingga 460 hertz, kedua ledakan lebih menyukai sekitar 360 hertz; kurva palsu tidak. Dibandingkan dengan kurva palsu tanpa osilasi, kekuatan gabungan kopling-koplingnya hanya tercapai 1,3 kali dari 10.000 untuk GRB 910711, dan 4,5 kali untuk GRB 200415A.

Tujuh belas galaksi kandidat

Pada jarak berapa pun, GRB 910711 akan terlalu redup untuk energi cahayanya, dibandingkan dengan ledakan penggabungan yang sudah dikenal. Sebagai suar raksasa, ia cocok, jika letaknya dalam jarak sekitar 55 megaparsek, kira-kira 16 kali lebih jauh daripada NGC 253. Dalam rentang itu dan petak langitnya, tim itu mendaftar 17 galaksi, yang terdekat sekitar 9,1 megaparsek, semuanya tergolong galaksi yang terutama membentuk bintang. Jika tafsiran ini bertahan, BATSE menangkap suar raksasa pertamanya dari galaksi lain pada 1991.

Apa yang dapat berdenting pada 360 hertz

Pada suar raksasa dari Galaksi kita, osilasi cepat muncul di ekor yang memudar, bukan di lonjakannya; salah satunya, pada sekitar 625 hertz, dikaitkan dengan getaran kerak bintang. Dengan asumsi tertentu, getaran itu bisa jatuh di dekat 360 hertz, tetapi ia bergantung pada interior dan medan magnet setiap bintang: dua magnetar yang berbagi frekuensi itu akan merupakan kebetulan. Lebih spekulatif lagi adalah getaran pada batas tempat materi nuklir berubah menjadi materi kuark jauh di dalam inti: frekuensinya, antara 100 dan 1.000 hertz, terutama bergantung pada fisika nuklir, dan hanya sedikit pada massa bintang. Bagaimana getaran semacam itu akan membentuk cahaya lonjakan tetap belum pasti.

Denyut yang terdengar hanya dalam sinar gamma

Hasil-hasil ini “tidak secara unik memastikan” asal-usul magnetar, tulis para penulis, tetapi menjadikannya “tafsiran yang lebih hemat”: penggabungan harus menjelaskan spektrum yang keras, denyut yang menembus fotosfer, kemiripan dengan suar 2020, dan nada-nada atas yang sama sekaligus. Jika nada-nada atas semacam itu muncul pada ledakan pendek di masa depan, sinar gamma saja dapat membantu membedakan suar dari penggabungan, tepat waktu untuk merencanakan pengamatan lanjutan. GRB 910711 menyisakan petak langit 6 derajat, 17 galaksi kandidat, dan denyut di dekat 360 hertz.