Pulsar pada dasarnya adalah mercusuar kosmik. Mereka adalah bintang neutron yang berputar dengan cepat, kumpulan bintang masif yang sangat padat yang meledak sebagai supernova. Benda-benda ini sangat padat. Sebuah bintang neutron memiliki massa antara 1,18 dan 1,97 kali massa Matahari kita menjadi sebuah bola yang lebarnya hanya 20 kilometer. Sebagian besar berada pada massa sekitar 1,35 massa matahari.
Mereka berputar. Cepat.
Benda pertama ditemukan pada tahun 1967 oleh Antony Hewish dan Jocelyn Bell di Universitas Cambridge. Mereka menggunakan teleskop radio yang dirancang untuk menangkap fluktuasi cepat sumber radio. Apa yang mereka lihat adalah denyut nadi yang sangat teratur. Beberapa pulsar mengeluarkan gelombang radio. Lainnya berkedip dalam cahaya tampak, sinar-X, atau radiasi gamma. Bahkan ada radio senyap yang hanya berteriak pada panjang gelombang sinar-X atau gamma.
Mekanismenya sederhana namun kejam. Ketika sebuah bintang runtuh, neutron di permukaan meluruh menjadi proton dan elektron. Partikel bermuatan ini terkoyak dari permukaan dan menghantam medan magnet yang kuat. Kita berbicara tentang 10^12 gauss di sini. Sebagai konteks, medan magnet bumi lemah 0,5 gauss.
Partikel-partikel tersebut berakselerasi hingga mendekati kecepatan cahaya. Mereka memancarkan radiasi sinkrotron. Ini memancarkan sinar yang kuat dari kutub magnet. Namun masalahnya: kutub magnet tidak sejajar dengan kutub rotasi. Jadi saat bintang berputar, sinar tersebut menyapu ruang angkasa. Jika Bumi kebetulan berada di jalurnya, kita mendeteksi denyut yang stabil dan berirama.
Sejak penemuan pertama tersebut, para astronom telah menemukan sekitar 2.000 pulsar. Mereka tidak tersebar secara acak. Sebagian besar berkumpul di sekitar bidang Galaksi Bima Sakti.
Rekor Kecepatan
Pulsar sangat bervariasi dalam kecepatan putarannya. Pulsar paling lambat yang diamati membutuhkan waktu sekitar 11,8 detik untuk menyelesaikan satu putaran. Itu lamban untuk seorang bintang.
Maka Anda memiliki pulsar milidetik.
Selama lebih dari dua dekade, pemegang rekor adalah PSR J1939+2134. Ditemukan pada tahun 1982, ia berputar 642 kali per detik. Periodenya hanya 1,55 milidetik.
Pada tahun 2006, rekor tersebut terpecahkan. J1748−2446ad berputar dengan kecepatan 716 kali per detik. Periodenya adalah 1,396 milidetik.
Mengapa ada batasan? Gaya sentrifugal. Jika bintang neutron berputar lebih cepat, gaya di ekuatornya mengalahkan gravitasi. Bintang itu akan terkoyak. Kecepatan lepas di permukaan bintang neutron adalah sekitar setengah kecepatan cahaya. Tarikan gravitasinya begitu kuat. Namun bintang-bintang ini melampaui batas teoritis.
Pulsar milidetik biasanya terbentuk dalam sistem bintang biner. Bintang neutron memperoleh materi dari bintang pendampingnya setelah supernova. Massa tambahan dan momentum sudut akan memutarnya. Ini seperti seorang skater yang menarik lengannya, tetapi dalam skala galaksi.
Gangguan dan Gelombang Gravitasi
Pulsar melambat. Sangat lambat. Biasanya sepersejuta detik per tahun.
Perlambatan ini memungkinkan para astronom menghitung “usia karakteristik”. Anda mengambil periode saat ini dan membaginya dengan tingkat perlambatan. Ini adalah perkiraan kasar. Terkadang cocok dengan usia sebenarnya. Kepiting Pulsar yang lahir dari supernova tahun 1054 M memiliki ciri khas usia 1.240 tahun. Hampir saja.
Di lain waktu, tidak aktif. Pulsar J0205+6449 terbentuk pada tahun 1181 Masehi. Usia karakteristiknya adalah 5.390 tahun. Itu jauh sekali.
Karena perlambatannya sangat bertahap, objek-objek ini merupakan jam yang sangat akurat. Dan karena mereka memiliki medan gravitasi yang kuat, mereka adalah subjek uji yang sempurna untuk teori gravitasi.
Pada tahun 1993, Joseph Taylor dan Russell Hulse memenangkan Hadiah Nobel Fisika. Mereka mempelajari pulsar PSR 1913+16. Ia berada dalam orbit yang berdekatan dengan bintang neutron lainnya. Gravitasi kedua bintang mengacaukan keteraturan gelombang radio. Dengan menentukan waktu variasi ini, Taylor dan Hulse melihat bintang-bintang berputar semakin cepat dalam orbit yang menyusut.
Mereka kehilangan energi. Satu-satunya penjelasan adalah gelombang gravitasi. Ini adalah bukti eksperimental gelombang pertama yang diprediksi oleh Albert Einstein dalam teori relativitas umumnya.
Lalu ada gangguannya.
Glitch adalah lonjakan periode pulsar secara tiba-tiba. Ini berputar ke atas, lalu secara bertahap melambat kembali ke nilai sebelum kesalahan. Hal ini terjadi karena “gempa bintang”. Kerak besi kaku dari bintang tersebut retak. Atau hubungan antara kerak bumi dan bagian dalam cairan bergeser. Biasanya, bagian dalamnya berputar lebih cepat daripada keraknya. Terkadang keraknya menyusul. Atau tergelincir. Waktunya berubah.
Kami menggunakan gangguan ini untuk menyelidiki struktur interior bintang yang tidak dapat kami lihat. Kita memetakan yang tak terlihat dengan mengamati kedipan cahaya.
“Laju putaran ini mendekati batas teoritis untuk sebuah pulsar karena bintang neutron yang berputar hanya sekitar empat kali lebih cepat akan terbang terpisah.”
Aneh rasanya jika kematian sebuah bintang bisa menjadi alat untuk mengukur waktu itu sendiri. Atau membuktikan bahwa Einstein benar beberapa dekade sebelum kita dapat mendeteksi riak-riak di ruang-waktu. Nebula Kepiting bersinar. Pulsar milidetik berdetak. Dan kami hanya mendengarkan.
Masih ada pulsar senyap radio di luar sana. Kami tidak tahu di mana mereka semua berada. Bima Sakti itu besar. Alam semesta lebih besar. Dan mercusuar terus berputar.
Pulsar Kepiting dan Vela bukan sekedar gasing yang berputar. Mereka adalah mesin vampir energi, yang melepaskan kecepatan rotasi begitu cepat sehingga hilangnya energi terjadi di seluruh spektrum elektromagnetik. Ini bukan hanya teori. Ini adalah kenyataan yang dapat diamati, yang muncul di detektor kita setiap milidetik.
Ambil Pulsar Kepiting. Dalam foto optik, tampak seperti bintang berkekuatan 16 yang terletak tepat di jantung Nebula Kepiting. Namun begitu Anda melihat lebih dekat, cahayanya tidak bersinar begitu saja. Itu berdenyut. Para astronom di Steward Observatory di Arizona menangkap perilaku persis ini pada tahun 1968, tak lama setelah penemuan radio awal. Cahaya tampak berkedip dengan kecepatan yang sama persis dengan gelombang radio. Ia juga mengeluarkan sinar-X dan sinar gamma secara teratur. Ini adalah suar multi-panjang gelombang.
Lalu ada Vela Pulsar. Ia jauh lebih redup dalam cahaya tampak, berkekuatan sekitar 24. Anda memerlukan peralatan serius untuk melihatnya. Pencarian sensitif pada tahun 1977 menggunakan Teleskop besar Anglo-Australia di Parkes berhasil menemukannya. Vela juga terlihat di sinar-X. Namun klaim ketenarannya adalah sinar gamma. Ini adalah sumber radiasi paling kuat di seluruh langit. Pulsa sinar gamma yang teratur dan dapat diprediksi.
Mekanisme Akresi dan Anomali
Tidak semua pulsar sinar-X mengikuti aturan yang sama. Beberapa sedang “mengumpulkan” pulsar. Mereka hidup dalam sistem biner. Bintang neutron menarik materi dari bintang pendampingnya. Materi tersebut jatuh ke bawah garis medan magnet, menabrak tutup kutub magnet. Dampaknya melepaskan sinar-X. Ini adalah jalur tabrakan kosmik.
Maka Anda memiliki kelas “anomali”. Ini aneh. Menstruasi mereka melebihi lima detik. Mereka meledak dengan aktivitas sinar-X yang tidak dapat diprediksi. Mereka sering dikaitkan dengan sisa-sisa supernova. Benda-benda ini lahir dari bintang neutron yang sangat bermagnet, yang dikenal sebagai magnetar. Medan magnetnya berkisar antara 10^14 dan 10^15 gauss. Itu sungguh sangat kuat.
Magnetar ini juga tumpang tindih dengan kelompok lain: repeater sinar gamma lunak. Mereka tidak hanya berdenyut. Mereka meledak. Semburan sinar gamma berulang yang menerangi kosmos dalam kilatan yang kacau.
Misteri Khusus Gamma
Beberapa pulsar tidak memancarkan gelombang radio sama sekali. Mereka hanya bersinar dalam sinar gamma. Teleskop Luar Angkasa Sinar Gamma Fermi mengubah keadaan di sini. Pada tahun 2008, mereka menemukan pulsar pertama di dalam sisa supernova CTA 1. Sejak itu, mereka telah menambahkan sebelas pulsar lagi ke dalam daftar.
Mekanisme emisi di sini bertentangan dengan model standar. Pulsar radio mendapatkan sinyalnya dari pancaran partikel yang keluar dari kutub magnet. Pulsar khusus sinar gamma tidak bekerja seperti itu. Emisinya terjadi jauh dari permukaan bintang neutron. Fisika di balik emisi celah ini masih berupa kotak hitam.
Kami tahu mereka ada. Kita bisa menghitungnya. Namun proses fisik yang tepat yang menghasilkan pulsa sinar gamma ini masih belum diketahui. Mesin hidup, lampu berkedip, tapi kami masih menebak-nebak mekaniknya.
