Magnetar

Magnet terkuat yang dikenal, dan hari ketika salah satunya berkilat melintasi galaksi

Langkah demi langkah

Magnet seukuran kota

Magnetar adalah bintang neutron dengan medan magnet terkuat yang dikenal. Medan SGR 1806-20 sekitar 2×10¹⁵ gauss: empat ribu triliun kali medan Bumi.

Bintang neutron adalah sisa ketika inti bintang masif runtuh: sekitar 1,4 kali massa Matahari dalam bola selebar sekitar 24 km. Kebanyakan bermedan magnet sekitar satu triliun kali medan Bumi. Sekitar 30 dari kira-kira 3.000 bintang neutron yang dikenal punya medan seratus hingga seribu kali lebih kuat lagi. Mereka disebut magnetar.

SGR 1806-20, sekitar 28.000 tahun cahaya jauhnya di rasi Sagitarius, termasuk yang terkuat. Medannya sekitar 2×10¹⁵ gauss. Medan Bumi setengah gauss, magnet kulkas sekitar seratus, dan magnet tetap terkuat yang pernah dibuat, di Laboratorium Nasional Medan Magnet Tinggi AS, 455.000.

Sedekat itu dengan magnetar, atom sendiri pun terjepit menjadi jarum tipis sepanjang medan. Bahkan 1.000 km jauhnya, medan masih beberapa miliar gauss, cukup untuk merusak atom makhluk hidup apa pun.

Putaran lambat yang direm

Kebanyakan bintang neutron muda berputar berkali-kali tiap detik. Magnetar berputar lambat, sekali tiap 2 hingga 12 detik, karena medannya yang sangat besar bekerja seperti rem: saat bintang berputar, medannya melontarkan partikel bermuatan ke angkasa, dan partikel itu membawa pergi putarannya.

Medan yang terpilin

Di dalamnya, medan diduga lebih kuat lagi dan kusut. Saat mendesak keluar, ia memilin garis medan di atas bintang dan menegangkan kerak padat tempat garis itu tertambat.

Kerak bintang neutron adalah cangkang padat setebal sekitar satu kilometer, kisi inti kaya besi yang jauh lebih kuat daripada baja. Medan magnet menembusnya dan tertambat di sana.

Pada magnetar, medan diduga lebih kuat lagi di dalam bintang, dan kusut. Selama bertahun-tahun ia perlahan mendesak keluar, menyeret kerak dan memilin garis medan yang melengkung di atas permukaan. Garis medan yang terpilin membawa arus listrik, dan arus itu memanaskan kerak: magnetar berpendar dalam sinar-X lebih terang daripada yang bisa dibayar oleh putarannya yang melambat. Magnetismenya, bukan putarannya, yang memberinya daya.

Pilinan yang tampak di sini digambar untuk menunjukkan gagasannya, sebagaimana penjelasan utama menyebutkannya (Thompson, Lyutikov, dan Kulkarni 2002). Tak seorang pun dapat melihat medannya sendiri.

Gempa bintang

Ketika tegangan terlalu besar, kerak retak. Tiap gempa bintang mengguncang medan dan memancarkan semburan sinar-X dan sinar gama selama sekitar sepersepuluh detik.

Magnetar pertama kali diketahui dari semburan ini. Pada 1979 satelit menangkap semburan sinar gama yang singkat dan berulang dari bagian langit yang sama, dan sumbernya dinamai soft gamma repeater: SGR pada SGR 1806-20.

Semburan biasa berlangsung sekitar sepersepuluh detik dan melepaskan energi sebesar yang dipancarkan Matahari dalam beberapa hari hingga bulan, kebanyakan sebagai sinar-X. Saat magnetar terbangun, ia bisa melepaskan ratusan semburan selama berminggu-minggu, lalu diam bertahun-tahun. Penjelasan yang paling diterima: kerak patah oleh tegangan medan, seperti tanah dalam gempa bumi, dan garis medan di atasnya melenting ke bentuk baru sambil melepaskan energinya.

Retakan dan semburan digambar, diperlambat enam kali.

Ledakan raksasa

Pada 27 Desember 2004, SGR 1806-20 melepaskan semuanya sekaligus. Selama seperlima detik ia lebih terang daripada bulan purnama dilihat dari Bumi, dari jarak 28.000 tahun cahaya: kilatan paling terang yang pernah terlihat dari luar Tata Surya.

Ledakan raksasa itu tiba di Bumi pukul 21.30 UT. Hampir semuanya sinar gama, tak terlihat mata, tetapi selama seperlima detik ia membawa energi ke Bumi lebih besar daripada cahaya bulan purnama (Palmer dkk. 2005). Ledakan itu membanjiri hampir semua detektor sinar gama di angkasa, bahkan mengganggu atmosfer atas Bumi, ionosfer.

Diduga ledakan itu terjadi ketika sebagian besar medan, yang tegang selama bertahun-tahun, patah dan melenting sekaligus ke bentuk baru, melontarkan awan materi dengan kecepatan yang cukup besar dibanding kecepatan cahaya.

Kilatan itu sinar gama, digambar ungu pucat, diperlambat sekitar lima kali.

Ekor yang berdenyut

Setelah kilatan, bola api yang ditahan medan berpendar sekitar enam menit, makin terang setiap kali putaran bintang, tiap 7,56 detik, membawanya menghadap kita.

Kilatan pertama berlangsung seperlima detik. Setelahnya muncul pendar yang lebih lembut dan memudar selama sekitar 380 detik, naik turun tiap 7,56 detik: putaran bintang itu sendiri.

Penjelasannya adalah bola api yang terperangkap: bola elektron, positron, dan sinar gama bersuhu ratusan juta derajat, tertangkap dalam lengkung tertutup medan tepat di atas permukaan. Tekanannya sendiri akan meledakkannya dalam sekejap; hanya medan sekuat ini yang bisa menahannya. Saat mendingin dari luar ke dalam, pendarnya memudar, sementara putaran bintang mengayunkannya ke arah Bumi lalu menjauh lagi.

Di sini bola api digambar di satu sisi bintang; bentuk sebenarnya tidak diketahui. Ekornya berjalan sekitar empat kali lebih cepat daripada aslinya.

Bintang berdering

Di ekor, sinar-X berkedip dengan frekuensi tetap, 18 hingga 1.840 kali per detik: kerak masih bergetar akibat gempa, seperti lonceng yang dipukul.

Satelit yang mencatat waktu sinar-X ekor dengan teliti mendapati kedipannya pada frekuensi tetap: 18, 26, 30, 92, 150, 625, dan 1.840 kali per detik (Israel dkk. 2005; Strohmayer dan Watts 2006). Kumpulan serupa pernah ditemukan dalam ledakan raksasa SGR 1900+14 pada 1998.

Frekuensi itu cocok dengan cara kerak bintang neutron dapat berpilin bolak-balik, separuh melawan separuh lainnya, persis seperti ahli seismologi membaca dering Bumi setelah gempa untuk mengetahui isinya. Untuk pertama kalinya bagian dalam bintang neutron dapat diselidiki seperti ini.

Frekuensi ini adalah nada yang dapat kita dengar. Dengan suara menyala, frekuensi itu dimainkan di sini sebagai nada; kerasnya digambar. Pilinan kerak digambar diperlambat agar mata dapat mengikutinya.

Unsur berat

Ledakan itu juga melontarkan materi. Sekitar sepuluh menit kemudian pendar sinar gama yang redup menunjukkan bahwa materi itu mengandung unsur berat yang baru terbentuk: sekitar sepertiga massa Bumi.

Ledakan itu melontarkan awan materi kaya neutron dengan kecepatan yang cukup besar dibanding kecepatan cahaya. Saat meninjau ulang catatan lama, astronom menemukan pendar sinar gama yang lebih lambat dan lebih redup, yang memuncak sekitar sepuluh menit setelah kilatan.

Kecerahan dan waktunya cocok dengan peluruhan radioaktif inti berat yang baru terbentuk: penangkapan neutron cepat, proses-r, yang membuat emas, platina, dan uranium. Sekitar sepersejuta massa Matahari terbentuk, sepertiga massa Bumi (Patel dkk. 2025). Ledakan raksasa semacam ini bisa membuat satu hingga sepuluh persen unsur terberat di Bima Sakti; sebagian besar sisanya berasal dari tabrakan bintang neutron.

Awan digambar sebagai cangkang berpendar keemasan; bentuk sebenarnya tidak diketahui.

Ledakan radio dari galaksi kita

Pada 28 April 2020 magnetar lain, SGR 1935+2154, melepaskan semburan sinar-X dan kilatan gelombang radio kurang dari seperseribu detik: ledakan radio cepat pertama yang terlihat dari dalam Bima Sakti.

Ledakan radio cepat adalah kilatan gelombang radio yang berlangsung beberapa perseribu detik, pertama ditemukan pada 2007. Ribuan telah terlihat, hampir semuanya dari galaksi lain, dan penyebabnya merupakan misteri.

Pada 28 April 2020 dua teleskop radio, CHIME di Kanada dan STARE2 di Amerika Serikat, menangkap satu dari SGR 1935+2154, sekitar 30.000 tahun cahaya jauhnya, bersamaan dengan semburan sinar-X darinya. Ia datang sebagai dua kilatan berselang 29 perseribu detik. Dilihat dari galaksi lain, ia akan tampak seperti ledakan radio cepat yang redup: setidaknya sebagian kilatan jauh itu berasal dari magnetar.

Gelombang radio tak terlihat; di sini digambar hijau, diperlambat sekitar tiga puluh kali.

Memudar

Magnetar masih muda: medannya aus dalam sekitar 10.000 tahun. Setelah itu semburan berhenti, dan bintang itu hidup terus sebagai bintang neutron yang tenang.

Sekitar 30 magnetar dikenal, semuanya di Bima Sakti atau pendampingnya, Awan Magellan Besar. Mereka berada dekat gugus bintang muda dan sisa supernova, dan hanya sedikit yang berumur lebih dari beberapa ribu tahun. Satu, di gugus Westerlund 1 sejauh 16.000 tahun cahaya, lahir dari bintang bermassa sekitar 40 kali Matahari.

Saat medannya meluruh dan melepaskan pilinannya, ia memanaskan bintang dan memberi daya pada semburan. Setelah sekitar sepuluh ribu tahun, sisanya terlalu sedikit untuk meretakkan kerak. Magnetar melambat, mendingin, dan memudar menjadi salah satu dari ratusan juta bintang neutron tenang yang diduga mengisi galaksi kita.

Objek dalam cerita ini

Bintang neutron