Astronom Temukan Bukti Terkuat Ruang Hampa Memengaruhi Perjalanan Cahaya

Para astronom menemukan salah satu petunjuk terkuat bahwa ruang hampa di alam semesta tidak sepenuhnya kosong. Pengamatan terhadap magnetar 1E 1547.0-5408 atau 1E1547 menunjukkan adanya pola pada polarisasi sinar-X dan gelombang radio yang berpotensi menjadi bukti fenomena vacuum birefringence.

Vacuum birefringence merupakan fenomena yang telah diprediksi dalam mekanika kuantum sejak hampir 90 tahun lalu. Prediksi tersebut pertama kali dikemukakan oleh Werner Heisenberg, salah satu pelopor fisika kuantum. Menurut teori ini, ruang hampa sempurna sebenarnya tidak benar-benar kosong karena di dalamnya terdapat “partikel virtual” yang muncul dan menghilang dalam waktu sangat singkat.

Dalam kondisi medan magnet yang ekstrem, partikel virtual tersebut diperkirakan dapat memengaruhi cara cahaya merambat. Cahaya bahkan dapat mengalami pembiasan dengan pola tertentu. Efek inilah yang disebut sebagai vacuum birefringence.

Magnetar Jadi Laboratorium Alami

Untuk mencari jejak fenomena tersebut, tim peneliti internasional mengamati magnetar 1E1547. Magnetar merupakan jenis langka bintang neutron yang memiliki medan magnet paling kuat yang diketahui di alam semesta.

Kekuatan medan magnet magnetar membuat objek ini menjadi laboratorium alami untuk menguji prediksi mekanika kuantum dalam kondisi ekstrem. Marcus Lower dari Swinburne University of Technology menjelaskan, pendeteksian vacuum birefringence membutuhkan medan magnet yang lebih dari 100 juta kali lebih kuat dibandingkan medan magnet terkuat yang pernah dibuat di Bumi.

“Untungnya, alam memberi kita magnetar, yang merupakan laboratorium kosmik sempurna untuk mencari efek ini,” ujar Lower, seperti dikutip dari Science Daily.

Hasil penelitian tersebut telah diterbitkan dalam jurnal Nature. Para peneliti menyatakan bahwa medan magnet yang sangat kuat dapat memengaruhi kumpulan partikel virtual yang berkaitan dengan ruang hampa. Perubahan tersebut kemudian diperkirakan berdampak pada perjalanan dan polarisasi cahaya.

Pengamatan Menggunakan Tiga Instrumen

Magnetar 1E1547 diamati menggunakan Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) milik NASA. Pengamatan tersebut didukung oleh teleskop sinar-X Neutron star Interior Composition ExploreR (NICER) yang berada di Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS).

Tim juga memanfaatkan teleskop radio Murriyang milik badan sains nasional Australia, CSIRO. Data radio yang dikumpulkan Lower melalui Murriyang selanjutnya dianalisis menggunakan superkomputer Ngarrgu Tindebeek milik Swinburne University of Technology.

Para peneliti secara khusus mempelajari perubahan arah gelombang radio yang dipancarkan magnetar ketika objek tersebut berputar. Perubahan arah osilasi gelombang ini berkaitan dengan kondisi polarisasi magnetar.

Posisi Magnetar Mendukung Pencarian

Berdasarkan pengukuran, para peneliti menemukan bahwa sumbu magnet dan sumbu rotasi 1E1547 hampir sejajar. Magnetar tersebut juga terlihat dari arah yang nyaris tepat menghadap kutubnya.

Konfigurasi tersebut membuat 1E1547 menjadi objek yang sangat menguntungkan untuk mencari tanda-tanda vacuum birefringence. Posisi dan arah pengamatannya memungkinkan tim mengikuti perubahan polarisasi gelombang radio dan sinar-X dengan lebih cermat saat magnetar berputar.

Dua Petunjuk Utama dari Sinar-X dan Radio

Tim peneliti menemukan dua petunjuk penting dari hasil pengamatan. Pertama, sinar-X yang dipancarkan magnetar dan dideteksi oleh IXPE memiliki tingkat polarisasi yang sangat tinggi.

Kedua, arah polarisasi sinar-X tersebut tetap mengikuti medan magnet 1E1547. Polanya juga sesuai dengan pola yang terlihat dalam pengamatan gelombang radio.

Menurut Lower, kekuatan medan magnet membuat partikel virtual yang diprediksi Heisenberg menjadi sejajar dengan arah medan tersebut. Dengan melacak arah osilasi gelombang radio dan sinar-X ketika magnetar berputar, tim menilai kesejajaran kutub magnet dan rotasi 1E1547 sangat ideal untuk mendeteksi fenomena tersebut.

Temuan ini berpotensi menjadi deteksi pertama vacuum birefringence di dalam medan magnet ekstrem sebuah magnetar. Namun, para peneliti belum menyatakan hasil tersebut sebagai bukti definitif.

Masih Membutuhkan Pengamatan Tambahan

Walaupun vacuum birefringence telah diprediksi sejak dekade 1930-an, ilmuwan hingga kini belum memperoleh deteksi yang benar-benar pasti. Karena itu, tim masih membutuhkan pengamatan tambahan dan simulasi komputer yang lebih maju.

Langkah tersebut diperlukan untuk memastikan bahwa sinyal yang terdeteksi memang berasal dari vacuum birefringence, bukan dari proses fisika lain yang terjadi di sekitar magnetar. Verifikasi lebih lanjut akan menjadi bagian penting dalam menentukan kekuatan bukti yang diperoleh dari 1E1547.

Kesimpulan

Pengamatan terhadap magnetar 1E1547 memberikan salah satu bukti terkuat sejauh ini bahwa ruang hampa dapat memengaruhi perjalanan cahaya melalui fenomena vacuum birefringence. Tingkat polarisasi sinar-X yang tinggi serta kesesuaiannya dengan pola gelombang radio menjadi petunjuk utama dalam penelitian tersebut.

Jika interpretasi ini nantinya terkonfirmasi melalui data dan simulasi tambahan, hasilnya dapat membantu fisikawan menguji teori kuantum dalam kondisi paling ekstrem di alam semesta. Penelitian lanjutan juga berpeluang melanjutkan pencarian terhadap fenomena yang pertama kali diprediksi Werner Heisenberg hampir 90 tahun lalu.