Di suatu tempat di galaksi kita, ada “mesin” yang sanggup mendorong fragmen atom hingga kecepatan yang nyaris menyamai kecepatan cahaya.

Kematian bintang yang meledak (supernova) sepertinya jadi tempat alami untuk mencari sumber “peluru” kosmik super energik ini. Tapi, kalau bicara soal partikel paling kuat, para peneliti malah sempat ragu.

Simulasi numerik yang dilakukan oleh tim fisikawan internasional kecil mungkin bisa “menyelamatkan” teori bahwa supernova adalah sumber emisi sinar kosmik berenergi tertinggi. Simulasi ini menunjukkan ada periode singkat saat bintang yang runtuh masih bisa jadi akselerator paling ekstrem di Alam Semesta.

Selama lebih dari satu abad, para ilmuwan sudah mengamati langit untuk mencari fenomena yang mungkin bertanggung jawab atas “hujan” partikel, sebagian besar inti atom dan kadang elektron, yang datang ke Bumi secara relatif konstan.

Mencari sumbernya dengan hanya mengikuti jejak partikel itu rumit. Muatan sebagian besar sinar kosmik membuat mereka terombang-ambing di lautan medan magnet yang bergejolak di seluruh galaksi dan sekitarnya, bikin para peneliti harus cari petunjuk lain.

Hanya beberapa ribu tahun cahaya dari sini, di “halaman belakang” galaksi kita, supernova bersejarah yang dikenal sebagai bintang Tycho sudah diteliti untuk mencari tanda-tanda fisika yang bisa mempercepat partikel bermuatan.

Tahun 1572, para astronom dibuat terpukau melihat bintang itu tiba-tiba sangat terang. Sekarang kita tahu itu adalah akhir dramatis dari bintang katai putih yang mengakhiri hidupnya dalam bencana termonuklir. Saat intinya runtuh karena beratnya sendiri, semburan panas dan radiasi menabrak selubung gas di sekitarnya, menghasilkan medan magnet yang luar biasa besar.

Pada tahun 2023, para peneliti mempublikasikan analisis mereka tentang medan magnet tersebut, menemukan bahwa kemampuannya menghasilkan sinar kosmik “jauh lebih kecil” dari yang diperkirakan model yang ada.

Meskipun ini bukan berarti bintang yang runtuh tidak bisa jadi akselerator partikel, ini memang menimbulkan pertanyaan seberapa besar energi yang bisa mereka berikan.

Sesekali, Bumi dihantam oleh partikel yang luar biasa kuat – partikel yang sampai seribu kali lebih kuat dari apa pun yang bisa dihasilkan teknologi kita sendiri. Energi peta-elektronvolt (PeV) ini adalah hasil kerja “mesin” kosmik hipotetis yang dijuluki PeVatrons.

Menurut astrofisikawan Robert Brose dari University of Potsdam di Jerman, Iurii Sushch dari Spanish Centre for Energy, Environmental and Technological Research, dan Jonathan Mackey dari Dublin Institute for Advanced Studies, bintang yang sekarat mungkin saja PeVatrons misterius yang dicari para ilmuwan.

Agar teori ini berhasil, bintang yang sekarat itu harus terlebih dulu melontarkan cukup materi untuk membentuk selubung padat di sekelilingnya. Lalu, di saat supernova, gelombang kejut yang mengembang cepat menabrak lingkungan padat ini, menghasilkan turbulensi magnetik yang diperlukan untuk mendorong inti atom dan elektron hingga mencapai tingkat akselerasi PeV.

Elemen kuncinya, kata mereka, adalah waktu. Hanya dalam satu atau dua dekade pertama, selubung di sekitarnya cukup padat untuk memberikan jumlah turbulensi yang dibutuhkan agar partikel mencapai energi tertinggi.

“Mungkin hanya sisa supernova yang sangat muda yang berevolusi di lingkungan padat yang bisa memenuhi kondisi yang diperlukan untuk mempercepat partikel hingga energi PeV,” tulis tim peneliti.

Jika saja ledakan bintang Tycho terjadi beberapa abad lebih lambat, para astrofisikawan mungkin sudah mencatat “hujan” sinar kosmik dengan magnitudo tertinggi.

Mungkin di masa depan, akhir dramatis bintang lain di dekat kita bisa memberi kita kesempatan yang dibutuhkan untuk memecahkan misteri PeVatrons yang membingungkan ini untuk selamanya.

Penelitian ini sudah diterima untuk dipublikasikan di Astronomy & Astrophysics.