Selama beberapa dekade, para astronom dibingungkan oleh keberadaan struktur raksasa yang redup di ruang angkasa yang dikenal sebagai “peninggalan radio”. Busur hantu ini, yang membentang jutaan tahun cahaya melintasi gugus galaksi, adalah sisa-sisa tabrakan hebat antara raksasa kosmik ini. Kini, simulasi resolusi tinggi baru dari Institut Leibniz untuk Astrofisika Potsdam (AIP) di Jerman akhirnya berhasil memecahkan kode di balik perilaku aneh mereka.
Misteri Peninggalan Radio
Peninggalan radio terbentuk ketika gelombang kejut dari gugus galaksi yang bertabrakan mempercepat elektron hingga mendekati kecepatan cahaya, memancarkan gelombang radio yang menyebar. Struktur ini umum terjadi, namun observasi menunjukkan ketidakkonsistenan yang bertentangan dengan model teoritis yang ada: medan magnet yang lebih kuat dari perkiraan, kekuatan guncangan yang berbeda-beda yang diukur dalam radio versus cahaya sinar-X, dan bahkan guncangan yang tampak terlalu lemah untuk mempercepat elektron sama sekali.
Mengapa hal ini penting: Tabrakan gugus galaksi adalah salah satu peristiwa paling energik di alam semesta, yang membentuk evolusi galaksi di dalamnya. Memahami bagaimana relik terbentuk mengungkapkan proses mendasar yang terjadi ketika struktur bertabrakan pada skala kosmologis.
Terobosan Simulasi Multi-Skala
Terobosan tim AIP datang dari penggunaan simulasi yang mencakup berbagai skala. Mereka pertama-tama memodelkan tabrakan gugus galaksi selama miliaran tahun, kemudian memperbesar fisika gelombang kejut individu yang berinteraksi dengan pinggiran gugus galaksi yang bergejolak. Pendekatan ini memungkinkan mereka mereproduksi fitur peninggalan yang diamati dengan akurasi yang belum pernah terjadi sebelumnya.
Temuan Utama: Medan Magnet yang Diperkuat
Simulasi menunjukkan bahwa medan magnet dalam peninggalan tidak hanya diperkuat oleh gelombang kejut awal namun semakin diperkuat ketika guncangan tersebut bertabrakan dengan guncangan lain yang diciptakan oleh jatuhnya gas jaring kosmik. Tabrakan ini memampatkan plasma menjadi lembaran-lembaran padat, menghasilkan turbulensi yang memelintir dan memampatkan medan magnet jauh melampaui apa yang bisa dicapai oleh satu guncangan.
Perbedaan Terselesaikan: Pengukuran Radio vs. X-Ray
Tim juga menjelaskan mengapa pengukuran kekuatan guncangan radio dan sinar-X berbeda. Simulasi tersebut mengungkapkan bahwa guncangan menyapu gumpalan gas padat, menciptakan wilayah lokal dengan akselerasi yang intens. Tambalan kompak ini mendominasi sinyal radio, sementara teleskop sinar-X mengukur kekuatan guncangan rata-rata, termasuk wilayah yang lebih lemah, sehingga menyebabkan perbedaan tersebut.
Peran Turbulensi
Simulasi juga menunjukkan bahwa gelombang kejut tidak hanya mempercepat elektron secara merata. Turbulensi memainkan peran penting, memutar dan menekan medan magnet hingga mencapai kekuatan yang diamati. Turbulensi ini disebabkan oleh gelombang kejut yang bertabrakan satu sama lain, sehingga menciptakan pusaran kosmik.
“Seluruh mekanisme menghasilkan turbulensi, memutar dan menekan medan magnet hingga kekuatan yang diamati, sehingga memecahkan teka-teki pertama,” kata Christoph Pfrommer dari AIP.
Masa Depan Penelitian Relik
Keberhasilan tim AIP membuka jalan baru untuk mempelajari struktur misterius ini. Dengan menggabungkan simulasi kosmologi berskala besar dengan model tabung kejut beresolusi tinggi, mereka telah mengatasi rintangan besar dalam memahami fisika tabrakan gugus galaksi. Penelitian di masa depan kemungkinan besar akan melanjutkan penelitian ini untuk mengungkap misteri yang tersisa seputar peninggalan radio, memberikan wawasan yang lebih mendalam tentang peristiwa terbesar dan paling energik di alam semesta.
Simulasi mengkonfirmasi bahwa bagian shock depan yang paling kuat dan terlokalisasi menghasilkan sebagian besar emisi radio. Kekuatan rata-rata rendah yang disimpulkan dari sinar-X tidak menimbulkan ancaman bagi ilmu fisika yang mendasarinya.
