OP 313: Blazar paling jauh dikesan memancarkan sinar gama tenaga sangat tinggi

Rekod baharu untuk pemerhatian sinar gama

Pemerhatian yang dilakukan oleh Kolaborasi LST CTAO dan Kolaborasi MAGIC mengesahkan OP 313 sebagai blazar paling jauh yang pernah dikesan dalam sinar gama tenaga sangat tinggi atau VHE, iaitu sinar gama dengan tenaga melebihi 100 GeV. OP 313 ialah kuasar radio berspektrum rata dengan anjakan merah z = 0.997.

Semasa letusan pada Disember 2023, teleskop prototaip LST-1 dan dua teleskop MAGIC mengukur pancaran VHE yang ketara, pada tahap kira-kira 0.3 unit Crab melebihi 100 GeV. Isyarat itu datang dari sumber yang terletak sekitar 8 bilion tahun cahaya dari Bumi. 3

Bagaimana pancaran itu dikesan?

LST-1 mula mengekori amaran daripada teleskop angkasa Fermi-LAT yang mengesan peningkatan aktiviti OP 313. Ambang tenaga LST-1 yang rendah serta kawasan pengumpulan cahayanya yang besar membolehkan teleskop itu mengesan sinar gama daripada sumber yang amat jauh. Pemerhatian susulan oleh MAGIC pula menyokong dan melanjutkan pengukuran VHE tersebut. 73

LST-1 dan MAGIC ialah teleskop Cherenkov atmosfera. Teleskop jenis ini tidak mengesan sinar gama secara langsung seperti teleskop optik. Sebaliknya, apabila sinar gama memasuki atmosfera Bumi, ia menghasilkan lata zarah yang sangat pantas dan kilatan cahaya Cherenkov yang singkat. Corak cahaya itu kemudian digunakan untuk mengesan serta menganggarkan tenaga sinar gama yang tiba.

Cahaya dari alam semesta yang jauh lebih muda

Jarak OP 313 menjadikan pemerhatian ini penting kerana foton yang dikesan telah bergerak selama kira-kira 8 bilion tahun sebelum sampai ke Bumi. Pada anjakan merah tersebut, foton berkenaan dipancarkan ketika alam semesta masih jauh lebih muda, selepas zaman kemuncak pembentukan bintang yang sering dipanggil “tengah hari kosmik” atau cosmic noon. 31

Rekod ini merujuk secara khusus kepada blazar atau nukleus galaksi aktif yang dikesan pada tenaga VHE. Ia bukan semestinya bermaksud OP 313 ialah sumber paling jauh bagi setiap jenis peristiwa sementara VHE.

Sinar gama sebagai pengesan cahaya latar kosmik

Sepanjang perjalanannya, sinar gama tenaga sangat tinggi daripada OP 313 berinteraksi dengan foton cahaya optik hingga inframerah yang membentuk cahaya latar ekstragalaksi atau EBL. EBL ialah sinaran meresap yang terkumpul daripada bintang dan galaksi sepanjang sejarah alam semesta.

Dalam interaksi tertentu, foton sinar gama boleh bertukar menjadi pasangan zarah elektron dan positron. Proses ini mengurangkan jumlah sinar gama yang akhirnya sampai ke Bumi dan meninggalkan kesan serapan yang bergantung pada tenaga. Dengan membandingkan spektrum asal yang dimodelkan dengan data Fermi, LST-1 dan MAGIC, penyelidik dapat menganggarkan had atas jumlah ketumpatan EBL. Bagi padanan data LST-1, had atas yang diperoleh ialah λIλ < 8.74 nW m⁻² sr⁻¹ pada panjang gelombang 0.6 μm. 3

Dengan kata lain, pancaran OP 313 berfungsi seperti lampu suluh kosmik. Sejauh mana sinar gama itu dilemahkan memberi petunjuk tentang jumlah cahaya yang memenuhi ruang antara galaksi.

Apa yang mencetuskan pancaran terang itu?

Analisis data merentas pelbagai panjang gelombang konsisten dengan gambaran bahawa elektron dalam jet plasma OP 313 bergerak pada kelajuan relativistik. Elektron-elektron ini menyerakkan foton ber tenaga lebih rendah melalui proses serakan songsang Compton, lalu meningkatkan tenaga foton sehingga memasuki jalur sinar gama. 3

Jet tersebut menghala hampir ke arah Bumi. Kesan penguatan relativistik atau beaming menyebabkan pancaran itu kelihatan jauh lebih terang kepada pemerhati di Bumi berbanding jika jet berkenaan menghala ke arah lain.

Ujian penting untuk LST-1 dan CTAO

Penemuan OP 313 ialah penemuan saintifik pertama LST-1 ketika teleskop prototaip itu masih dalam fasa pentauliahan. Keputusan ini menunjukkan bahawa LST-1 mampu mengakses julat tenaga VHE yang lebih rendah—julat yang amat penting untuk mengesan sumber jauh kerana sinar gama ber tenaga tinggi lebih mudah dilemahkan oleh EBL. 1245

Di La Palma, Sepanyol, susunan empat teleskop LST bagi bahagian utara Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO-North) dijadualkan dirasmikan pada 15 Oktober 2026. Susunan itu direka untuk mencapai tenaga serendah kira-kira 20 GeV, sekali gus meningkatkan keupayaan mencari sumber sinar gama yang lebih jauh dan lebih lemah. 1245

Bagi astronomi sinar gama, OP 313 bukan sekadar pemegang rekod jarak. Ia juga menjadi alat untuk menguji cara jet kuasar menghasilkan pancaran bertenaga tinggi, mengukur cahaya yang memenuhi alam semesta dan menilai prestasi generasi baharu teleskop Cherenkov dari darat.