Bahan Rahasia Yang Memberi Kekuatan Supernova

Bahan Rahasia Yang Memberi Kekuatan Supernova

Bahan Rahasia Yang Memberi Kekuatan Supernova – Pada tahun 1987, sebuah bintang raksasa meledak tepat di sebelah galaksi Bima Sakti kita. Itu adalah supernova paling terang dan paling dekat sejak penemuan teleskop sekitar empat abad sebelumnya, dan hampir setiap observatorium menoleh untuk melihatnya. Mungkin yang paling menarik, observatorium khusus yang terkubur jauh di bawah tanah menangkap partikel subatom yang disebut neutrino yang mengalir keluar dari ledakan.

Partikel-partikel ini pertama kali diusulkan sebagai kekuatan pendorong di belakang supernova pada tahun 1966, yang membuat deteksi mereka menjadi sumber kenyamanan bagi para ahli teori yang telah mencoba memahami cara kerja ledakan. Namun selama beberapa dekade, astrofisikawan terus-menerus menemukan apa yang tampaknya menjadi cacat fatal dalam model bertenaga neutrino mereka.

Neutrino terkenal sebagai partikel yang menyendiri, dan pertanyaan tetap ada tentang bagaimana tepatnya neutrino mentransfer energinya ke materi biasa bintang di bawah kondisi ekstrem dari bintang yang runtuh. Setiap kali para ahli teori mencoba memodelkan gerakan dan interaksi partikel yang rumit ini dalam simulasi komputer, gelombang kejut supernova akan terhenti dan jatuh kembali dengan sendirinya. Kegagalan tersebut “membubuhi gagasan bahwa teori utama kami tentang bagaimana supernova meledak mungkin tidak berhasil,” kata Sean Couch, astrofisikawan komputasi di Michigan State University.

Tentu saja, detail dari apa yang terjadi jauh di dalam supernova saat meledak selalu menjadi misteri. Ini adalah kuali ekstrem, sup bergolak materi transmutasi, di mana partikel dan kekuatan yang sering diabaikan di dunia kita sehari-hari menjadi kritis. Yang menambah masalah, interior ledakan sebagian besar tersembunyi dari pandangan, diselimuti oleh awan gas panas. Memahami detail supernova “telah menjadi masalah utama yang belum terpecahkan dalam astrofisika,” kata Adam Burrows, astrofisikawan di Universitas Princeton yang telah mempelajari supernova selama lebih dari 35 tahun.

Namun, dalam beberapa tahun terakhir, para ahli teori telah mampu memahami mekanisme kompleks yang mengejutkan yang membuat supernova berdetak. Simulasi yang meledak telah menjadi norma, bukan pengecualian, tulis Burrows di Nature bulan ini. Kode komputer kelompok riset saingan sekarang menyetujui bagaimana gelombang kejut supernova berevolusi, sementara simulasi telah berkembang sejauh ini sehingga bahkan efek relativitas umum Einstein yang terkenal rumit juga disertakan. Peran neutrino akhirnya dipahami.

“Ini momen yang menentukan,” kata Couch. Apa yang mereka temukan adalah bahwa tanpa turbulensi, bintang yang runtuh mungkin tidak akan pernah membentuk supernova sama sekali.

Untuk sebagian besar kehidupan bintang, tarikan gravitasi ke dalam diimbangi oleh dorongan radiasi ke luar dari reaksi nuklir di dalam inti bintang. Saat bintang kehabisan bahan bakar, gravitasi mengambil alih. Inti runtuh dengan sendirinya jatuh dengan kecepatan 150.000 kilometer per jam menyebabkan suhu melonjak hingga 100 miliar derajat Celcius dan menggabungkan inti menjadi bola neutron yang solid.

Lapisan luar bintang terus jatuh ke dalam, tetapi ketika mereka menabrak inti neutron yang tidak dapat dimampatkan ini, mereka terpental, menciptakan gelombang kejut. Agar gelombang kejut menjadi ledakan, ia harus didorong ke luar dengan energi yang cukup untuk menghindari tarikan gravitasi bintang. Gelombang kejut juga harus melawan spiral ke dalam dari lapisan terluar bintang, yang masih jatuh ke inti.

Sampai saat ini, kekuatan yang menggerakkan gelombang kejut hanya dipahami dalam istilah yang paling kabur. Selama beberapa dekade, komputer hanya cukup kuat untuk menjalankan model sederhana dari inti yang runtuh. Bintang diperlakukan sebagai bola sempurna, dengan gelombang kejut yang memancar dari pusat dengan cara yang sama ke segala arah. Namun saat gelombang kejut bergerak keluar dalam model satu dimensi ini, gelombang tersebut melambat dan kemudian terputus-putus.

Hanya dalam beberapa tahun terakhir, dengan pertumbuhan superkomputer, para ahli teori memiliki kekuatan komputasi yang cukup untuk memodelkan bintang masif dengan kompleksitas yang dibutuhkan untuk mencapai ledakan. Model terbaik sekarang mengintegrasikan detail seperti interaksi tingkat mikro antara neutrino dan materi, gerakan cairan yang tidak teratur, dan kemajuan terbaru di berbagai bidang fisika—dari fisika nuklir hingga evolusi bintang. Selain itu, para ahli teori sekarang dapat menjalankan banyak simulasi setiap tahun, memungkinkan mereka untuk secara bebas mengubah model dan mencoba kondisi awal yang berbeda.

Satu titik balik terjadi pada tahun 2015, ketika Couch dan kolaboratornya menjalankan model komputer tiga dimensi dari menit-menit terakhir keruntuhan bintang masif. Alth meskipun simulasi hanya memetakan 160 detik dari kehidupan bintang, itu menerangi peran pemain yang kurang dihargai yang membantu gelombang kejut yang terhenti berubah menjadi ledakan yang sepenuhnya matang.

Tersembunyi di dalam perut binatang itu, partikel berputar dan berputar dengan kacau. “Ini seperti air mendidih di atas kompor Anda. Ada aliran balik besar-besaran di dalam bintang, dengan kecepatan ribuan kilometer per detik,” kata Couch.

Turbulensi ini menciptakan tekanan ekstra di belakang gelombang kejut, mendorongnya lebih jauh dari pusat bintang. Jauh dari pusat, tarikan gravitasi ke dalam lebih lemah, dan ada lebih sedikit materi yang jatuh ke dalam untuk meredam gelombang kejut. Materi turbulen yang memantul di belakang gelombang kejut juga memiliki lebih banyak waktu untuk menyerap neutrino. Energi dari neutrino kemudian memanaskan materi dan mendorong gelombang kejut menjadi ledakan.

Selama bertahun-tahun, para peneliti gagal menyadari pentingnya turbulensi, karena turbulensi hanya mengungkapkan dampak penuhnya dalam simulasi yang dijalankan dalam tiga dimensi. “Apa yang dilakukan alam dengan mudah, kami membutuhkan waktu puluhan tahun untuk mencapainya saat kami naik dari satu dimensi ke dua dan tiga dimensi,” kata Burrows.

Simulasi ini juga mengungkapkan bahwa turbulensi menghasilkan ledakan asimetris, di mana bintang terlihat seperti jam pasir. Saat ledakan mendorong keluar ke satu arah, materi terus jatuh ke inti ke arah lain, memicu ledakan bintang lebih jauh.

Simulasi baru ini memberi para peneliti pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana supernova telah membentuk alam semesta yang kita lihat hari ini. “Kita bisa mendapatkan kisaran energi ledakan yang benar, dan kita bisa mendapatkan massa bintang neutron yang kita lihat tertinggal,” kata Burrows. Supernova sebagian besar bertanggung jawab untuk menciptakan anggaran alam semesta dari unsur-unsur besar dan kuat seperti oksigen dan besi, dan para ahli teori mulai menggunakan simulasi untuk memprediksi dengan tepat berapa banyak dari unsur-unsur berat ini seharusnya ada. “Kami sekarang mulai mengatasi masalah yang tidak terbayangkan di masa lalu,” kata Tuguldur Sukhbold, astrofisikawan teoretis dan komputasional di Ohio State University.

Ledakan Luar Angkasa Jenis Baru Mengungkap Lubang Hitam Baru

Ledakan Luar Angkasa Jenis Baru Mengungkap Lubang Hitam Baru

Ledakan Luar Angkasa Jenis Baru Mengungkap Lubang Hitam Baru – Pada tahun 2018, para astronom terkejut menemukan ledakan aneh di galaksi yang berjarak 200 juta tahun cahaya. Itu tidak seperti supernova normal yang terlihat sebelumnya lebih singkat dan lebih terang. Acara ini diberi sebutan resmi, AT2018cow, tetapi segera diberi nama panggilan yang lebih riang: Sapi.

Peristiwa berumur pendek dikenal sebagai transien menentang penjelasan. Beberapa orang mengira itu mungkin sebuah bintang yang terkoyak oleh lubang hitam di dekatnya, tetapi yang lain menyukai skenario “supernova yang gagal”, di mana lubang hitam secara harfiah memakan bintang dari dalam ke luar. Untuk mengetahui dengan pasti, mereka perlu menemukan lebih banyak acara seperti Sapi.

Lebih dari dua tahun kemudian, mereka mendapatkannya.

Mulai 12 Oktober 2020, teleskop menyaksikan sesuatu di galaksi yang berjarak 3 miliar tahun cahaya menjadi sangat terang, lalu menghilang dari pandangan. Ini berperilaku hampir identik dengan Sapi, para astronom melaporkan dalam sebuah makalah yang diposting ke situs pracetak online arXiv.org minggu lalu, membuat mereka menyimpulkan bahwa itu pasti jenis episode yang sama. Sesuai dengan tradisi, ia diberi nama yang terinspirasi oleh hewan: Unta.

“Ini sangat menarik,” kata Deanne Coppejans, astrofisikawan di Universitas Northwestern. “Penemuan transien baru seperti AT2018cow menunjukkan bahwa itu bukan eksentrik sepenuhnya. Ini adalah jenis transien baru yang sedang kami lihat.”

Sapi benar-benar kejutan, dan para astronom tidak begitu yakin apa yang mereka lihat ketika muncul. Unta, sebaliknya, seperti pencuri yang membuat sistem alarm baru tersandung. “Kami dapat menyadari apa itu dalam beberapa hari setelah meledak,” kata Daniel Perley, astrofisikawan di Liverpool John Moores University yang memimpin studi baru. “Dan kami mendapat banyak data tindak lanjut.”

Empat hari kemudian, tim menggunakan teleskop di Kepulauan Canary dan Hawaii untuk mendapatkan data penting tentang propertinya. Mereka kemudian mengeluarkan peringatan kepada astronom lain pada layanan yang disebut Telegram Astronom.

Acara tersebut diberi dua sebutan. Satu, AT2020xnd, berasal dari katalog global semua transien, dan yang lainnya, ZTF20acigmel, berasal dari Zwicky Transient Facility, teleskop tempat ia ditemukan. Tim memutar yang terakhir menjadi julukan “Unta”. “Xnd tidak memiliki nada yang sama,” kata Perley.

Seperti pendahulunya, Unta menjadi sangat terang dalam waktu singkat, mencapai puncaknya dalam dua atau tiga hari. Itu tumbuh sekitar 100 kali lebih terang daripada jenis supernova normal. Kemudian dengan cepat meredup dalam proses yang berlangsung hanya berhari-hari, bukan berminggu-minggu. “Ini memudar sangat cepat, dan saat memudar itu tetap panas,” kata Perley.

Sebelum penemuan ini, para astronom telah menyaring data historis untuk menemukan dua peristiwa mirip Sapi tambahan, “Koala” dan CSS161010, tetapi Unta adalah yang pertama terlihat secara real time dan dengan demikian dipelajari secara rinci sejak Sapi.

Keempat peristiwa tersebut memiliki sifat yang mirip. Mereka dengan cepat menjadi cerah, lalu memudar dengan cepat. Mereka juga panas, yang membuat mereka terlihat biru. Tetapi “transien optik biru cepat” ini tidak identik.

“Ledakan itu sendiri dan jenis perilaku zombie setelah kematian, keduanya sangat mirip,” kata Anna Ho, astrofisikawan di University of California, Berkeley, yang menemukan Koala dan merupakan bagian dari tim penemuan Unta. Semua peristiwa itu tampaknya semacam ledakan dari sebuah bintang yang bertabrakan dengan gas dan debu di dekatnya. “Tapi tahap tabrakan di mana Anda melihat ledakan bertabrakan dengan material sekitar, yang telah menunjukkan beberapa variasi dalam jumlah material yang tergeletak di sekitar dan kecepatan gelombang kejut dari ledakan yang membajak material.”

Gagasan utama saat ini adalah hipotesis supernova-gagal. Prosesnya dimulai ketika bintang masif sekitar 20 kali massa matahari kita mencapai akhir hidupnya dan menghabiskan bahan bakarnya. Intinya kemudian runtuh, memulai apa yang biasanya menjadi supernova biasa, di mana material yang jatuh memantul kembali, meninggalkan objek padat yang disebut bintang neutron.

Tetapi dalam kasus seperti Unta dan Sapi, “sesuatu yang tidak biasa terjadi dalam proses keruntuhan inti,” kata Perley. “Apa yang kami klaim adalah bahwa alih-alih runtuh menjadi bintang neutron, itu runtuh langsung ke lubang hitam, dan sebagian besar bintang jatuh ke lubang hitam.”

Saat lubang hitam memakan lapisan luar bintang, ia mulai berputar dengan cepat, menghasilkan pancaran kuat yang keluar dari kutub. Kami melihat ledakan cahaya yang disebabkan oleh jet saat mereka menembus lapisan luar.

Gagasan lain juga telah diajukan, seperti peristiwa di mana lubang hitam bermassa menengah merobek materi dari bintang yang mengorbit, tetapi gagasan itu tidak diterima secara luas. “Itu adalah ide yang eksotis,” kata Brian Metzger, astrofisikawan teoretis di Universitas Columbia. “Saya cenderung tidak percaya pada hal-hal yang lebih eksotis.”

Hal yang menarik tentang Unta adalah para astronom dapat dengan cepat mengumpulkan lebih banyak data, termasuk data radio dan sinar-x. Itu bisa terbukti sangat berguna dalam mencari tahu apa yang menyebabkan peristiwa ini, kata Stephen Smartt, seorang astronom di Queen’s University Belfast yang pertama kali menemukan Sapi pada tahun 2018.

“Data yang kami miliki hampir meniru objek pada 2018,” katanya. “Ini memberi kami kepercayaan diri bahwa kami dapat memilih lebih banyak objek-objek ini dan mencari tahu apa itu.”

Ho mengatakan bahwa ini sekarang mungkin, berkat perbaikan dalam teknik pengamatan yang membuat peristiwa ini lebih mudah dikenali. “Awalnya kami hanya mencari acara yang cerah dengan sangat cepat,” katanya. “Sejak itu, kami telah belajar bahwa objek seperti Sapi tidak hanya mencerahkan dengan sangat cepat, mereka juga memudar dengan sangat cepat.”

Harapannya sekarang adalah lebih banyak objek ini akan bermunculan, sehingga bisa dipelajari lebih detail. “Ini adalah contoh bagaimana, ketika kita mengamati langit, kita menemukan hal-hal yang sama sekali tidak terduga,” kata Ho.

Bagaimana Alam Semesta Bergelembung dan Bertabrakan Bagian 2

Bagaimana Alam Semesta Bergelembung dan Bertabrakan Bagian 2

Bagaimana Alam Semesta Bergelembung dan Bertabrakan Bagian 2 – Pada awalnya pengaturan sederhana tidak bertindak secara realistis. Ketika dinding gelembung jatuh bersama, mereka memantul dengan sempurna, tanpa gaung rumit yang diharapkan atau aliran partikel keluar (dalam bentuk panah terbalik yang beriak di garis). Tetapi setelah menambahkan beberapa perkembangan matematis, tim melihat dinding bertabrakan yang memuntahkan partikel energik  dengan lebih banyak partikel muncul saat tumbukan semakin keras.

Tetapi hasilnya, yang muncul dalam pracetak pada bulan Desember, menunjukkan jalan buntu dalam masalah komputasi tradisional ini. Para peneliti menemukan bahwa ketika partikel yang dihasilkan bercampur, mereka menjadi “terjerat,” memasuki keadaan kuantum bersama. Keadaan mereka tumbuh secara eksponensial lebih rumit dengan setiap partikel tambahan, mencekik simulasi bahkan pada superkomputer terkuat sekalipun.

Untuk alasan itu, para peneliti mengatakan bahwa penemuan lebih lanjut tentang perilaku gelembung mungkin harus menunggu komputer kuantum matang perangkat yang elemen komputasinya (qubit) dapat menangani belitan kuantum karena mereka mengalaminya secara langsung.

Sementara itu, peneliti lain berharap agar alam melakukan perhitungan untuk mereka.

Michael Spannowsky dan Steven Abel, fisikawan di Universitas Durham di Inggris, percaya bahwa mereka dapat menghindari perhitungan yang rumit dengan menggunakan peralatan yang memainkan aturan kuantum yang sama dengan vakum. “Jika Anda dapat menyandikan sistem Anda pada perangkat yang terwujud di alam, Anda tidak perlu menghitungnya,” kata Spannowsky. “Ini menjadi lebih dari eksperimen daripada prediksi teoretis.”

Perangkat itu dikenal sebagai annealer kuantum. Sebuah komputer kuantum terbatas, ia mengkhususkan diri dalam memecahkan masalah optimasi dengan membiarkan qubit mencari konfigurasi energi terendah yang tersedia-proses yang tidak berbeda dengan peluruhan vakum palsu.

Menggunakan annealer kuantum komersial yang disebut D-Wave, Abel dan Spannowsky memprogram string sekitar 200 qubit untuk meniru medan kuantum dengan keadaan energi yang lebih tinggi dan lebih rendah, analog dengan vakum palsu dan vakum sejati. Mereka kemudian membiarkan sistem itu lepas dan menyaksikan bagaimana yang pertama meluruh menjadi yang terakhir — yang mengarah pada kelahiran gelembung vakum.

Percobaan, yang dijelaskan dalam pracetak Juni lalu, hanya memverifikasi efek kuantum yang diketahui dan tidak mengungkapkan sesuatu yang baru tentang peluruhan vakum. Tetapi para peneliti berharap pada akhirnya menggunakan D-Wave untuk berjinjit melampaui prediksi teoretis saat ini.

Pendekatan ketiga bertujuan untuk meninggalkan komputer dan meniup gelembung secara langsung.

Gelembung kuantum yang mengembang pada kecepatan hampir cahaya tidak mudah didapat, tetapi pada tahun 2014, fisikawan di Australia dan Selandia Baru mengusulkan cara untuk membuatnya di laboratorium menggunakan keadaan materi eksotis yang dikenal sebagai kondensat Bose-Einstein (BEC ). Ketika didinginkan hingga mendekati nol mutlak, awan tipis gas dapat mengembun menjadi BEC, yang sifat mekanika kuantumnya yang tidak umum mencakup kemampuan untuk mengganggu BEC lain, sebanyak dua laser dapat mengganggu. Jika dua kondensat berinterferensi dengan cara yang benar, kelompok itu memperkirakan, para eksperimentalis harus dapat menangkap gambar langsung gelembung yang terbentuk di kondensat—gelembung yang bertindak serupa dengan gelembung diduga dari multiverse.

“Karena ini adalah eksperimen, menurut definisinya berisi semua fisika yang ingin dimasukkan alam ke dalamnya termasuk efek kuantum dan efek klasik,” kata Peiris.

Peiris memimpin tim fisikawan yang mempelajari cara menstabilkan campuran kondensat agar tidak runtuh akibat efek yang tidak terkait. Setelah bertahun-tahun bekerja, dia dan rekan-rekannya akhirnya siap untuk membuat percobaan prototipe, dan mereka berharap dapat meniup gelembung kondensat dalam beberapa tahun ke depan.

Jika semuanya berjalan dengan baik, mereka akan menjawab dua pertanyaan: tingkat pembentukan gelembung, dan bagaimana inflasi satu gelembung mengubah peluang gelembung lain akan mengembang di dekatnya. Kueri ini bahkan tidak dapat dirumuskan dengan matematika saat ini, kata Braden, yang berkontribusi pada landasan teoretis untuk eksperimen tersebut.

Informasi itu akan membantu kosmolog seperti Braden dan Peiris untuk menghitung dengan tepat bagaimana pukulan dari alam semesta gelembung tetangga di masa lalu yang jauh mungkin telah membuat kosmos kita bergetar. Salah satu kemungkinan bekas luka dari pertemuan semacam itu adalah titik dingin melingkar di langit, yang telah dicari dan tidak ditemukan oleh Peiris dan yang lainnya. Namun detail lainnya seperti apakah tumbukan juga menghasilkan gelombang gravitasi bergantung pada spesifikasi gelembung yang tidak diketahui.

Jika multiverse hanyalah fatamorgana, fisika mungkin masih mendapat manfaat dari karunia alat yang dikembangkan untuk mengungkapnya. Memahami multiverse berarti memahami fisika ruang, yang ada di mana-mana.

Bagaimana Alam Semesta Bergelembung dan Bertabrakan Bagian 1

Bagaimana Alam Semesta Bergelembung dan Bertabrakan Bagian 1

Bagaimana Alam Semesta Bergelembung dan Bertabrakan Bagian 1 – Beberapa kosmolog memiliki tanggapan: Alam semesta kita adalah gelembung yang membengkak. Di luarnya, ada lebih banyak gelembung alam semesta, semuanya terbenam dalam lautan yang terus berkembang dan berenergi multiverse atau multisemesta.

Idenya adalah polarisasi. Beberapa fisikawan merangkul multisemesta untuk menjelaskan mengapa gelembung kita terlihat begitu istimewa (hanya gelembung tertentu yang dapat menampung kehidupan), sementara yang lain menolak teori karena tidak membuat prediksi yang dapat diuji (karena memprediksi semua alam semesta yang mungkin). Tetapi beberapa peneliti berharap bahwa mereka belum cukup pintar untuk mengetahui konsekuensi yang tepat dari teori tersebut.

Sekarang, berbagai tim sedang mengembangkan cara baru untuk menyimpulkan dengan tepat bagaimana gelembung multiverse dan apa yang terjadi ketika gelembung alam semesta itu bertabrakan.

“Ini adalah tembakan panjang,” kata Jonathan Braden, seorang ahli kosmologi di University of Toronto yang terlibat dalam upaya tersebut, tetapi, katanya, ini adalah pencarian bukti “untuk sesuatu yang Anda pikir tidak akan pernah bisa Anda uji.”

Hipotesis multisemesta muncul dari upaya untuk memahami kelahiran alam semesta kita sendiri. Dalam struktur alam semesta skala besar, para ahli teori melihat tanda-tanda ledakan pertumbuhan eksplosif selama masa bayi kosmos. Pada awal 1980-an, ketika fisikawan menyelidiki bagaimana ruang mungkin mulai dan berhenti mengembang, gambaran yang meresahkan muncul. Para peneliti menyadari bahwa sementara ruang mungkin telah berhenti mengembang di sini (di alam semesta gelembung kita) dan di sana (di gelembung lain), efek kuantum harus terus mengembang sebagian besar ruang, sebuah gagasan yang dikenal sebagai inflasi abadi.

Perbedaan antara alam semesta gelembung dan lingkungan sekitarnya terletak pada energi ruang itu sendiri. Ketika ruang sekosong mungkin dan tidak mungkin kehilangan lebih banyak energi, itu ada dalam apa yang oleh fisikawan disebut keadaan vakum “benar”. Bayangkan sebuah bola tergeletak di lantai, tidak bisa jatuh lebih jauh. Tetapi sistem juga dapat memiliki status vakum “salah”. Bayangkan sebuah bola dalam mangkuk di atas meja. Bola bisa berguling sedikit sementara lebih atau kurang tetap diam. Tapi sentakan yang cukup besar akan mendaratkannya di lantai dalam ruang hampa yang sebenarnya.

Dalam konteks kosmologis, ruang juga bisa terjebak dalam keadaan vakum palsu. Setitik vakum palsu kadang-kadang akan rileks menjadi vakum sejati (kemungkinan melalui peristiwa kuantum acak), dan vakum sejati ini akan menggelembung keluar sebagai gelembung yang membengkak, berpesta dengan energi berlebih dari vakum palsu, dalam proses yang disebut peluruhan vakum palsu. Proses inilah yang mungkin telah memulai kosmos kita dengan keras. “Sebuah gelembung vakum bisa menjadi peristiwa pertama dalam sejarah alam semesta kita,” kata Hiranya Peiris, seorang kosmolog di University College London.

Tapi fisikawan berjuang mati-matian untuk memprediksi bagaimana gelembung vakum berperilaku. Masa depan gelembung bergantung pada detail menit yang tak terhitung jumlahnya yang bertambah. Gelembung juga berubah dengan cepat—dindingnya mendekati kecepatan cahaya saat terbang ke luar—dan menampilkan keacakan dan gelombang mekanik kuantum. Asumsi yang berbeda tentang proses ini memberikan prediksi yang saling bertentangan, tanpa cara untuk membedakan mana yang mungkin menyerupai kenyataan. Seolah-olah “Anda telah mengambil banyak hal yang sangat sulit bagi fisikawan untuk ditangani dan menyatukan semuanya dan berkata, ‘Silakan dan cari tahu apa yang terjadi,'” kata Braden.

Karena mereka tidak dapat mendorong gelembung vakum yang sebenarnya di multiverse, fisikawan telah mencari analog digital dan fisik dari mereka.

Satu kelompok baru-baru ini membujuk perilaku seperti gelembung vakum dari simulasi sederhana. Para peneliti, termasuk John Preskill, fisikawan teoretis terkemuka di California Institute of Technology, memulai dengan “versi bayi paling dari masalah ini yang dapat Anda pikirkan,” seperti yang dikatakan rekan penulis Ashley Milsted: baris tentang 1.000 panah digital yang bisa mengarah ke atas atau ke bawah. Tempat di mana serangkaian panah ke atas bertemu dengan serangkaian panah ke bawah menandai dinding gelembung, dan dengan membalik panah, para peneliti dapat membuat dinding gelembung bergerak dan bertabrakan. Dalam keadaan tertentu, model ini dengan sempurna meniru perilaku sistem yang lebih rumit di alam. Para peneliti berharap untuk menggunakannya untuk mensimulasikan peluruhan vakum palsu dan tabrakan gelembung.

Eksperimen MOXIE NASA Membuat Oksigen di Mars Bagian 2

Eksperimen MOXIE NASA Membuat Oksigen di Mars Bagian 2

Eksperimen MOXIE NASA Membuat Oksigen di Mars Bagian 2 – Lomax dan Alexandre Meurisse, seorang rekan di pusat penelitian, telah mengembangkan perangkat untuk memanaskan regolith dalam tabung dengan garam cair untuk mengekstrak oksigennya. Seperti proyek MOXIE, mereka menggunakan arus listrik untuk memisahkan oksigen dari elemen lainnya. Tetapi tidak seperti MOXIE, mereka memiliki produk sampingan: elemen logam yang mungkin berguna sebagai bahan konstruksi untuk pangkalan bulan. (Faktanya, tim terpisah di ESA sedang mempertimbangkan untuk menggabungkan kencing astronot dengan regolith untuk membentuk bahan bangunan geopolimer yang dapat digunakan kembali yang mirip dengan abu terbang.)

Lomax mengatakan masuk akal untuk mencari cara untuk mengeksploitasi apa yang sudah ada di permukaan bulan, daripada mengambilnya dari Bumi. “Karena eksplorasi dan hunian ruang angkasa jangka panjang tampaknya menjadi lebih dari kenyataan, pemanfaatan sumber daya akan diperlukan,” kata Lomax. “Tidak mungkin bagi kami untuk secara konsisten membawa setiap kilogram bahan yang kami butuhkan dari Bumi. Kami memiliki sumur gravitasi yang sangat besar ini, dan jumlah energi yang dibutuhkan untuk membawa material itu ke luar angkasa sangat besar.”

Dengan menggunakan wadah garam cair, Lomax dan Meurisse menurunkan suhu yang dibutuhkan untuk mengekstraksi oksigen dari tanah bulan, menurunkannya dari 1.600 derajat Celcius (2.912 Fahrenheit) menjadi sekitar 600 C (1.112 F). Suhu tersebut dapat dicapai dengan memusatkan energi matahari, sebuah metode yang telah terbukti di pembangkit listrik tenaga surya di barat daya Amerika Serikat.

Di NASA’s Kennedy Space Center, para peneliti sedang mencari cara untuk menghilangkan produk sampingan logam yang menumpuk di bejana reaktor yang berisi regolith selama elektrolisis. Itu penting karena bahan yang meleleh sangat korosif, dan baik logam maupun oksigen perlu diekstraksi dengan cara tertentu, menurut peneliti NASA Kevin Grossman. Tujuannya adalah untuk melelehkan regolith tanpa menyentuh sisi wadah. “Jika Anda mengambil seember regolith, dan Anda ingin melelehkan sejumlah ukuran bola golf tepat di tengahnya, bagaimana Anda mendapatkannya?” tanya Grossman.

(Sebagai catatan: Grossman dan Lomax tidak menggunakan debu bulan asli, karena ini adalah salah satu barang paling mahal dan langka di Bumi. Sebaliknya, mereka menggunakan versi simulasi yang mengandung elemen yang sama.)

Pada saat yang sama NASA dan ESA sedang menjajaki cara untuk mengekstrak oksigen dari regolith bulan, mereka juga mempertimbangkan sumber bahan bakar lain: es bulan. Telah ditemukan di daerah kutub bulan, tetapi masih belum jelas berapa banyak yang ada dan apakah dalam bentuk yang dapat dengan mudah diproses. Misalnya, tidak jelas apakah itu hanya embun beku, atau mungkin terkontaminasi dengan zat lain. Pada tahun 2023, NASA akan mengirim penjelajah Viper ke Kutub Selatan untuk mencari es, sementara ESA berencana untuk misi Prospeknya, yang sedang dilakukan bersama dengan Badan Antariksa Rusia, untuk mengebor di bawah permukaan bulan untuk menemukan es sekitar tahun 2025. .

NASA telah mengatakan akan dapat mendaratkan astronot kembali ke bulan pada tahun 2024, meskipun sebuah laporan baru oleh badan pengawas kongres yang dikeluarkan minggu ini memperingatkan bahwa masalah teknis dan manajerial mungkin memaksa badan antariksa untuk menunda jadwal itu.

Pada saat itu, Lomax dan yang lainnya berharap dapat membuktikan bahwa metode mereka mendapatkan oksigen dari tanah bulan mungkin lebih mudah daripada mencari es. “Ini membuka lebih banyak lokasi di permukaan bulan, tentu saja, karena es hanya ada di lokasi yang sangat spesifik,” kata Lomax.

Eksperimen MOXIE NASA Membuat Oksigen di Mars Bagian 1

Eksperimen MOXIE NASA Membuat Oksigen di Mars Bagian 1

Eksperimen MOXIE NASA Membuat Oksigen di Mars Bagian 1 – Ketika Mars Perseverance Rover mengambil cuti beberapa jam dari menjelajahi Kawah Jezero, perangkat seukuran pemanggang roti menjalankan eksperimen kimia sederhana yang mungkin suatu hari memungkinkan manusia untuk bertahan hidup di Planet Merah dan kembali.

Dikenal sebagai MOXIE, atau Eksperimen Pemanfaatan Sumber Daya In-Site Oksigen Mars, perangkat ini mengekstraksi sejumlah kecil oksigen dari atmosfer Mars (yaitu 96 persen karbon dioksida) dengan menjalankannya melalui arus listrik, sebuah proses yang disebut elektrolisis. Akhir pekan ini, MOXIE akan menjalankan proses pengambilan oksigen untuk ketiga kalinya sejak rover mendarat di bulan Februari, setiap kali memproduksi cukup untuk manusia bernapas selama sekitar 10 atau 15 menit. Kelihatannya tidak banyak, tetapi tujuan utamanya adalah untuk meningkatkan MOXIE menjadi sistem otomatis yang akan menghasilkan oksigen yang dapat bernapas untuk awak manusia dan digunakan untuk penerbangan kembali. NASA memperkirakan bahwa meluncurkan roket dari Mars akan membutuhkan oksigen dalam jumlah industri, yang, bersama dengan bahan bakar roket, merupakan propelan.

MOXIE adalah salah satu dari beberapa eksperimen yang sedang dilakukan oleh para peneliti di NASA dan Badan Antariksa Eropa untuk memanfaatkan hal-hal yang ditawarkan Mars dan bulan, sebuah konsep yang dikenal sebagai pemanfaatan sumber daya in-situ. Ide untuk menciptakan bahan bakar dan oksigen yang dapat bernapas telah ada selama beberapa dekade, tetapi mereka baru sekarang mencapai titik di mana mereka dapat diuji baik di laboratorium maupun di permukaan Mars. Para peneliti ini mengatakan lompatan besar akan datang ketika mereka dapat beralih dari eksperimen dengan kimia sederhana ke pengembangan prototipe rekayasa yang lebih kompleks, dan akhirnya pabrik oksigen otomatis. Ini tidak akan mudah; mereka menghadapi salah satu hambatan terbesar untuk memproduksi oksigen dengan elektrolisis: sejumlah besar energi yang dibutuhkan untuk membuatnya bekerja.

Namun, para ilmuwan yang terlibat dalam MOXIE dan upaya pemanfaatan sumber daya lainnya sangat antusias dengan hasil yang mereka peroleh sejauh ini dari misi Ketekunan. “Ini akan sangat menakutkan seperti jarum jam,” kata Michael Hecht, peneliti utama MOXIE dan direktur asosiasi manajemen penelitian di Observatorium Haystack MIT. “Sungguh menakjubkan betapa hasilnya terlihat identik dengan apa yang telah kami jalankan di laboratorium dua tahun sebelumnya. Berapa banyak hal yang dapat Anda simpan selama dua tahun dan dihidupkan dan bahkan berharap untuk bekerja lagi? Maksudku, coba itu dengan sepedamu.”

Hecht mengatakan dua putaran MOXIE pertama telah menghasilkan antara 4 dan 5 gram oksigen, yang setara dengan volumetrik sekitar satu galon di bawah tekanan atmosfer Bumi. Akhir pekan ini dia mengharapkan MOXIE menghasilkan 8 gram dalam satu jam. Karena kekuatan yang dituntut MOXIE, Ketekunan tidak akan dapat menjalankan eksperimen lain atau mengumpulkan data lain selama waktu itu, kata Hecht.

Tim rover di Jet Propulsion Laboratory NASA, yang mengoperasikan Perseverance, akan mengaktifkan salah satu dari dua mikrofon rover untuk memantau kompresor MOXIE; yang akan berfungsi sebagai alat diagnostik yang akan memberi tahu mereka seperti apa bunyinya saat semua sistem bekerja dengan baik. (Mereka masih mencari tahu persis seperti apa itu, karena suara bergerak secara berbeda di atmosfer Mars daripada di laboratorium NASA.) Rekaman suara juga sesuatu yang rapi untuk didengarkan di Bumi. “Saya perlu melakukan sedikit pemrosesan pada file .wav untuk menjadikannya sesuatu yang dapat saya mainkan untuk orang-orang, tetapi spektogramnya tampak hebat,” kata Hecht. “Dan saya kira Anda sekarang dapat mengatakan bahwa Anda dapat mendengar suara oksigen yang dibuat di Mars.”

Hecht mengatakan mereka berencana untuk MOXIE melakukan delapan putaran lagi selama beberapa bulan ke depan, membuat sedikit penyesuaian untuk mengoptimalkan keluaran oksigen terbaik untuk masukan listrik yang diberikan.

Mungkin butuh waktu lama sebelum astronot mendarat di Mars. NASA berbicara tentang awal 2030-an, sementara Elon Musk dari SpaceX berjanji akan lebih cepat. Tetapi ketika manusia mendarat, mereka mungkin menemukan penerus MOXIE menunggu mereka. Setiap kru yang datang ke Mars kemungkinan akan memiliki perangkat mereka sendiri di pesawat ruang angkasa mereka yang membuat oksigen untuk bernafas, jadi masalah yang lebih besar untuk dipecahkan adalah membuat propelan yang akan mereka gunakan untuk terbang pulang. “Jika Anda ingin membakar bahan bakar, Anda membutuhkan oksigen untuk membakarnya,” kata Hecht.

Hecht mengatakan bahwa kru empat orang hanya membutuhkan sekitar 1,5 metrik ton oksigen selama setahun untuk mendukung kehidupan, tetapi sekitar 25 ton untuk menghasilkan daya dorong dari 7 ton bahan bakar roket. Hal termudah adalah mengirim sistem otomatis enam bulan sebelum kru tiba sehingga para astronot memiliki oksigen yang menunggu mereka. Juga berarti mereka harus membawa lebih sedikit peralatan dari Bumi. “Tidak akan sebanding dengan kerumitan untuk membawa satu ton peralatan untuk membuat 25 ton oksigen untuk propelan,” kata Hecht.

Beberapa dari perhitungan yang sama sedang dipertimbangkan untuk misi bulan yang prospektif, yang mungkin terjadi lebih cepat daripada perjalanan ke Mars. Tim dari NASA dan ESA sedang bekerja untuk memanaskan tanah bulan, yang dikenal sebagai regolith, untuk mengekstraksi oksigen. Faktanya, regolith adalah 45 persen oksigen menurut beratnya, terikat pada unsur-unsur logam seperti silikon, aluminium, kalsium, magnesium, besi, dan titanium, menurut Beth Lomax, seorang mahasiswa doktoral di University of Glasgow dan seorang peneliti di ESA’s European Pusat Penelitian dan Teknologi Antariksa di Noordwijk, Belanda.