Bagaimana Multimessenger Astronomi Mengungkap Petunjuk ke Kosmos

Para astronom telah memiliki tahun yang laris.

Selain melacak sumber neutrino kosmik, mereka telah mendeteksi penggabungan dua bintang neutron seukuran kota, masing-masing lebih masif daripada matahari.

Penemuan ini digembar-gemborkan sebagai bukti bahwa "era baru astronomi multimessenger" telah tiba.

Tapi apa itu astronomi multimessenger?

Dalam kehidupan kita sehari-hari, kita menafsirkan dunia di sekitar kita berdasarkan sinyal yang berbeda, seperti gelombang suara, cahaya (sejenis gelombang elektromagnetik), dan tekanan kulit. Masing-masing dari sinyal ini dapat dibawa oleh “kurir.” Yang berbeda. Utusan baru membawa pada wawasan baru. Jadi para astronom dengan antusias menyambut satu set utusan baru untuk sains mereka.

Banyak Utusan

Untuk sebagian besar sejarah astronomi, para ilmuwan terutama mempelajari sinyal yang dikirimkan oleh satu pembawa pesan, radiasi elektromagnetik. Gelombang-gelombang ini, yang bergerak melalui ruang dan waktu, digambarkan oleh panjang gelombangnya atau jumlah energi yang ditemukan dalam partikel-partikelnya, foton.

Gelombang radio memiliki foton dengan jumlah energi terendah dan panjang gelombang terpanjang, diikuti oleh inframerah dan cahaya optik pada energi menengah dan panjang gelombang. Sinar-X dan sinar gamma memiliki panjang gelombang terpendek dan energi tertinggi.

Tetapi para ilmuwan juga mempelajari utusan lain:

• Sinar kosmik: partikel atom dan inti bermuatan yang bergerak mendekati kecepatan cahaya.
• Neutrino: partikel bermuatan yang melihat sebagian besar alam semesta sebagai transparan.
• Gelombang gravitasi: kerutan pada tatanan ruang dan waktu.

Dan sementara beberapa bidang dalam astronomi telah menjelajahi para utusan ini selama bertahun-tahun, para astronom baru-baru ini mengamati peristiwa dari jauh Bima Sakti dengan lebih dari satu utusan pada saat yang sama. Hanya dalam beberapa bulan, jumlah sumber di mana para astronom dapat mengumpulkan sinyal dari utusan yang berlipat ganda.

Seperti Jalan-jalan di Pantai

Astronomi multimessenger adalah evolusi alami astronomi. Para ilmuwan membutuhkan lebih banyak data untuk mengumpulkan gambaran lengkap dari objek yang mereka pelajari dan mencocokkan teori yang mereka kembangkan dengan pengamatan mereka.

Para astronom telah menggabungkan panjang gelombang foton yang berbeda untuk menyatukan beberapa misteri alam semesta. Sebagai contoh, kombinasi data radio dan optik memainkan peran utama dalam menentukan bahwa Bima Sakti adalah galaksi spiral pada tahun 1951.

Dan astronomi terus mengungkapkan hasil luar biasa tentang alam semesta kita hanya dengan menggunakan satu messenger, foton. Jadi jika astronomi multimessenger hanyalah langkah evolusi dari sejarah kesuksesan yang luar biasa, apakah itu berarti itu hanya kata kunci baru?

Kami tidak berpikir begitu.

Bayangkan Anda berjalan di sepanjang pantai lautan. Anda menikmati pemandangan matahari terbenam yang luar biasa, mendengar ombak yang bergulir, merasakan pasir di bawah kaki Anda, dan mencium aroma udara asin. Indera gabungan Anda membentuk pengalaman yang lebih lengkap.

Dengan astronomi multimessenger, kami berharap dapat belajar lebih banyak dari alam semesta dengan menggabungkan beberapa rasul, sama seperti kita menggabungkan penglihatan, pendengaran, sentuhan, dan penciuman.

Tapi Itu Tidak Selalu Piknik

Budaya astronom dan fisikawan partikel mewakili pendekatan berbeda terhadap sains. Dalam astronomi multimessenger, budaya ini bertabrakan.

Astronomi adalah bidang pengamatan dan bukan eksperimen. Kami mempelajari objek-objek astronomi yang berubah seiring waktu (time-domain astronomy), yang berarti kita sering hanya memiliki satu kesempatan untuk mengamati peristiwa astronomi sementara.

Sampai baru-baru ini, sebagian besar astronom waktu-domain bekerja dalam tim kecil, pada banyak proyek sekaligus. Kami menggunakan sumber daya seperti Telegram Astronom atau Jaringan Koordinasi Gamma untuk mengkomunikasikan hasil dengan cepat, bahkan sebelum mengirimkan karya ilmiah.

Karena sebagian besar sumber yang diharapkan dari sinyal multimessenger adalah peristiwa astronomi sementara, ini merupakan upaya besar untuk menangkap utusan selain foton.

Baca lebih lanjut: Observatorium IceCube mendeteksi neutrino dan menemukan blazar sebagai sumbernya

Fisikawan partikel telah memimpin dalam menciptakan kolaborasi internasional besar untuk mengatasi masalah tersulit mereka, termasuk Large Hadron Collider, IceCube Neutrino Observatory, dan Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Mengumpulkan ratusan hingga ribuan peneliti untuk mencapai tujuan bersama membutuhkan identifikasi peran yang komprehensif, pedoman komunikasi yang ketat, dan banyak telekonferensi.

Perlunya menanggapi perubahan cepat dalam sumber multimessenger dan upaya besar untuk menangkap sinyal multimessenger berarti astronomi dan fisika partikel harus bergabung satu sama lain untuk mendapatkan yang terbaik dari kedua budaya.

Manfaat Astronomi Multimessenger

Sementara astronomi multimessenger adalah evolusi dari apa yang telah dilakukan para astronom dan fisikawan partikel selama beberapa dekade, hasil gabungannya menarik.

Deteksi gelombang gravitasi dari penggabungan bintang-bintang neutron mengkonfirmasi bahwa tabrakan ini menghasilkan sebagian besar dari emas dan platinum di Bumi (dan di seluruh alam semesta). Ini juga menunjukkan bagaimana tabrakan ini menimbulkan (setidaknya beberapa) semburan sinar gamma pendek - asal-usul peristiwa ledakan ini telah menjadi pertanyaan besar yang terbuka dalam astronomi.

Hubungan pertama neutrino dengan sumber astronomi tunggal memberikan gambaran sekilas bagaimana alam semesta membuat partikelnya yang paling energetik. Astronomi multimessenger mengungkapkan detail tentang beberapa kondisi paling ekstrem di alam semesta kita.

Perspektif multimessenger sudah menghasilkan lebih dari jumlah bagian-bagiannya - dan kita bisa berharap untuk melihat lebih banyak penemuan mengejutkan di masa depan. Tim elit di Kanada sudah berkontribusi pada pertumbuhan bidang muda ini, dan astronomi multimessenger berjanji untuk memainkan peran utama dalam dekade berikutnya penelitian astronomi di Kanada - dan di seluruh dunia.

Artikel ini awalnya diterbitkan di The Conversation oleh Gregory Sivakoff dan Daryl Haggard. Baca artikel asli di sini.