Penelitian baru menunjukkan bahwa letusan gunung berapi mungkin telah memicu pendinginan iklim dan kelaparan yang mendorong negara-negara kota di Italia untuk mengimpor biji-bijian dari Laut Hitam—tanpa disadari membawa kutu yang terinfeksi wabah ke dalamnya. Pendinginan Gunung Berapi dan Kondisi Pandemi Abad Pertengahan Penelitian yang diterbitkan hari ini (4 Desember) di Komunikasi Bumi & Lingkungan mengusulkan bahwa aktivitas gunung berapi mungkin telah meningkat (…)

JetMedia Digital Agency

Para ilmuwan telah mengidentifikasi Uncus dzaugisi, fosil ecdysozoa tertua dari periode Prakambrium, membenarkan asumsi lama tentang asal usul kuno kelompok hewan besar ini. Ditemukan di Australia Selatan, fosil ini menghubungkan prediksi data molekuler dengan catatan fosil fisik, sehingga meningkatkan pemahaman kita tentang evolusi ecdysozoa dan keanekaragaman bentuk kehidupan selama (…)

RisalahPos.com Network

Related

Para peneliti telah menemukan tatanan gelombang kerapatan muatan jarak jauh yang diinduksi regangan dalam superkonduktor suhu tinggi, yang menjelaskan mekanisme yang mendasarinya.

Superkonduktor adalah material yang mampu menghantarkan listrik tanpa hambatan apa pun saat didinginkan di bawah suhu tertentu yang dikenal sebagai suhu kritis. Material ini digunakan dalam berbagai aplikasi seperti jaringan listrik, kereta maglev, dan peralatan pencitraan medis. Superkonduktor suhu tinggi, yang beroperasi pada suhu kritis yang lebih tinggi daripada superkonduktor konvensional, sangat menjanjikan untuk meningkatkan teknologi ini. Meskipun demikian, mekanisme yang mendasari superkonduktivitasnya belum sepenuhnya dipahami.

Oksida tembaga atau kuprat, golongan superkonduktor suhu tinggi, menunjukkan superkonduktivitas saat elektron dan lubang (ruang kosong yang ditinggalkan oleh elektron) dimasukkan ke dalam struktur kristalnya melalui proses yang disebut doping. Menariknya, dalam keadaan doping rendah, dengan elektron yang kurang optimal diperlukan untuk superkonduktivitas, celah semu – celah parsial dalam struktur elektronik – terbuka. Celah semu ini dianggap sebagai faktor potensial dalam asal usul superkonduktivitas dalam bahan-bahan ini.

Selain itu, penelitian sebelumnya telah mengungkapkan adanya gelombang kerapatan muatan jarak jauh (CDW) dalam rezim kuprat berdoping rendah yang memecah simetri kristal oksida tembaga (CuO₂) bidang. CDW adalah pola elektron seperti gelombang berulang yang memengaruhi konduktivitas material. Pemecahan simetri ini penting karena superkonduktivitas diketahui muncul di dalam atau di dekat keadaan simetri yang rusak. Selain itu, dalam superkonduktor kuprat berbasis bismut, Bi₂Tuan_2-xItu_XCuO_6+jam (Bi2201), telah ditunjukkan bahwa medan magnet yang kuat dapat menginduksi orde CDW pemutusan simetri jarak jauh. Meskipun penelitian telah dilakukan secara ekstensif, peran pasti fenomena ini dalam terjadinya superkonduktivitas dalam kuprat masih belum diketahui.

Dalam sebuah studi baru, tim peneliti yang dipimpin oleh Associate Professor Shinji Kawasaki dari Departemen Fisika di Universitas Okayama, Jepang menyelidiki asal usul superkonduktivitas suhu tinggi dalam keadaan pseudogap kuprat menggunakan pendekatan baru. Prof. Kawasaki menjelaskan, “Dalam studi ini, kami telah menemukan keberadaan orde CDW jarak jauh dalam Bi2201 yang didoping secara optimal, yang disebabkan oleh regangan tarik-tekan yang diterapkan oleh sel regangan uniaxial yang digerakkan piezo baru, yang secara sengaja memecah simetri kristal CuO₂ pesawat.” Temuan mereka dipublikasikan dalam jurnal Komunikasi Alam pada tanggal 14 Juni 2024. Tim tersebut termasuk Ibu Nao Tsukuda dan Profesor Guo-qing Zheng, juga dari Universitas Okayama, dan Dr. Chengtian Lin dari Max-Planck-Institut fur Festkorperforschung, Jerman.

Penemuan dan Implikasi

Para peneliti menggunakan teknik resonansi magnetik nuklir (NMR) untuk mengamati perubahan dalam struktur elektronik superkonduktor Bi2201 yang didoping optimal saat regangan tekan dan tarik uniaxial diterapkan pada material tersebut. Hasilnya mengungkapkan bahwa ketika regangan melebihi 0,15%, material tersebut mengalami transformasi yang signifikan, dengan orde CDW jarak pendek bertransisi menjadi orde CDW jarak jauh. Lebih jauh lagi, peningkatan regangan menekan superkonduktivitas sekaligus meningkatkan orde CDW, yang menunjukkan bahwa baik superkonduktivitas maupun CDW jarak jauh dapat hidup berdampingan. Hasil ini menunjukkan bahwa orde CDW jarak jauh yang tersembunyi, tidak terbatas pada rezim doping rendah, ada dalam keadaan pseudogap cuprates, yang menjadi jelas di bawah regangan.

“Temuan ini menantang kepercayaan umum bahwa magnetisme adalah pendorong utama dalam oksida tembaga dan memberikan wawasan berharga untuk membangun model teoritis superkonduktivitas,” kata Prof. Kawasaki. Menyoroti potensi penerapan studi ini, ia menambahkan, “Temuan studi ini sangat menjanjikan untuk menjelaskan mekanisme yang mendasari superkonduktivitas suhu tinggi, membuka jalan bagi pengembangan bahan superkonduktor yang lebih praktis. Superkonduktor suhu tinggi memiliki potensi besar untuk transmisi dan penyimpanan daya tanpa kehilangan daya, berkontribusi signifikan terhadap konservasi energi dan upaya mencapai netralitas karbon. Lebih jauh lagi, penerapan superkonduktor dalam teknologi MRI berpotensi mengurangi biaya dan membuat pencitraan medis canggih lebih mudah diakses.”

Secara keseluruhan, penelitian ini menandai langkah signifikan menuju pemahaman asal-usul superkonduktivitas suhu tinggi, menyoroti pentingnya regangan uniaxial sebagai alat yang berharga untuk memahami superkonduktivitas pada superkonduktor serupa lainnya.

Referensi: “Urutan gelombang kepadatan muatan jarak jauh yang diinduksi regangan dalam superkonduktor Bi2Sr2−xLaxCuO6 yang didoping optimal” oleh Shinji Kawasaki, Nao Tsukuda, Chengtian Lin dan Guo-qing Zheng, 14 Juni 2024, Komunikasi Alam.
Nomor Induk Kependudukan: 10.1038/s41467-024-49225-w

Penelitian ini didanai oleh JSPS KAKENHI dan Yayasan Sains dan Pendidikan Murata (SK).

Data baru merevisi pandangan kita tentang ledakan supernova yang tidak biasa ini.

Nebula Kepiting merupakan contoh terdekat dari puing-puing yang tertinggal saat sebuah bintang mengalami kematian yang dahsyat dalam ledakan supernova. Akan tetapi, meskipun telah diteliti selama puluhan tahun, sisa-sisa supernova ini masih menyimpan misteri: Jenis bintang apa yang bertanggung jawab atas terbentuknya Nebula Kepiting, dan apa sifat ledakannya?

NASA'S Teleskop Luar Angkasa James Webb telah memberikan pandangan baru tentang Kepiting, termasuk data inframerah berkualitas tertinggi yang pernah ada untuk membantu para ilmuwan saat mereka menjelajahi struktur terperinci dan komposisi kimia dari sisa-sisa tersebut. Petunjuk ini membantu mengungkap cara yang tidak biasa yang menyebabkan bintang tersebut meledak sekitar 1.000 tahun yang lalu.

Menyelidiki Asal Usul Nebula Kepiting dengan Teleskop Luar Angkasa Webb

Dengan menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb milik NASA, sekelompok ilmuwan menganalisis komposisi Nebula Kepiting, sisa supernova yang terletak sekitar 6.500 tahun cahaya jauhnya di konstelasi Taurus. Dengan teleskop tersebut, MIRI (Instrumen Inframerah Tengah) dan Kamera NIRC (Kamera Inframerah Dekat), tim mengumpulkan data yang membantu memperjelas sejarah Nebula Kepiting.

Nebula Kepiting merupakan hasil dari supernova yang runtuhnya inti akibat kematian sebuah bintang masif. Ledakan supernova itu sendiri terlihat di Bumi pada tahun 1054 M dan cukup terang untuk dilihat pada siang hari. Sisa yang jauh lebih redup yang diamati saat ini adalah cangkang gas dan debu yang mengembang, dan angin yang keluar yang ditenagai oleh pulsar, bintang neutron yang berputar cepat dan sangat termagnetisasi.

Nebula Kepiting juga sangat tidak biasa. Komposisinya yang tidak biasa dan energi ledakannya yang sangat rendah sebelumnya telah dijelaskan oleh supernova penangkap elektron — jenis ledakan langka yang muncul dari bintang dengan inti yang kurang berevolusi yang terbuat dari oksigen, neon, dan magnesium, bukan inti besi yang lebih umum.

“Sekarang data Webb memperluas kemungkinan interpretasi,” kata Tea Temim, penulis utama studi di Universitas Princeton di New Jersey. “Komposisi gas tidak lagi memerlukan ledakan penangkapan elektron, tetapi juga dapat dijelaskan oleh supernova keruntuhan inti besi yang lemah.”

Mempelajari Masa Kini untuk Memahami Masa Lalu

Upaya penelitian terdahulu telah menghitung total energi kinetik ledakan berdasarkan kuantitas dan kecepatan ejekta saat ini. Para astronom menyimpulkan bahwa sifat ledakan tersebut adalah energi yang relatif rendah (kurang dari sepersepuluh dari supernova normal), dan massa bintang induknya berada dalam kisaran delapan hingga 10 massa matahari — berada di garis tipis antara bintang yang mengalami kematian supernova yang dahsyat dan bintang yang tidak.

Namun, terdapat ketidakkonsistenan antara teori supernova penangkapan elektron dan pengamatan Kepiting, khususnya gerakan cepat yang diamati pulsarDalam beberapa tahun terakhir, para astronom juga telah meningkatkan pemahaman mereka tentang supernova keruntuhan inti besi dan sekarang berpikir bahwa jenis ini juga dapat menghasilkan ledakan berenergi rendah, asalkan massa bintangnya cukup rendah.

Pengukuran Webb Merekonsiliasi Hasil Historis

Untuk menurunkan tingkat ketidakpastian seputar bintang nenek moyang Kepiting dan sifat ledakannya, tim yang dipimpin Temim menggunakan kemampuan spektroskopi Webb untuk mengasah dua area yang terletak di dalam filamen bagian dalam Kepiting.

Teori memprediksi bahwa karena perbedaan komposisi kimia inti dalam supernova penangkapan elektron, rasio kelimpahan nikel terhadap besi (Ni/Fe) seharusnya jauh lebih tinggi daripada rasio yang diukur di Matahari kita (yang mengandung unsur-unsur ini dari generasi bintang sebelumnya). Studi pada akhir tahun 1980-an dan awal tahun 1990-an mengukur rasio Ni/Fe dalam Kepiting menggunakan data optik dan inframerah dekat dan mencatat rasio kelimpahan Ni/Fe yang tinggi yang tampaknya mendukung skenario supernova penangkapan elektron.

Teleskop Webb, dengan kemampuan inframerahnya yang sensitif, kini tengah mengembangkan penelitian Nebula Kepiting. Tim tersebut menggunakan kemampuan spektroskopi MIRI untuk mengukur garis emisi nikel dan besi, sehingga menghasilkan estimasi rasio kelimpahan Ni/Fe yang lebih andal. Mereka menemukan bahwa rasio tersebut masih lebih tinggi dibandingkan dengan Matahari, tetapi hanya sedikit dan jauh lebih rendah dibandingkan dengan estimasi sebelumnya.

Nilai yang direvisi konsisten dengan penangkapan elektron, tetapi tidak mengesampingkan kemungkinan ledakan keruntuhan inti besi dari bintang bermassa rendah yang serupa. (Ledakan berenergi lebih tinggi dari bintang bermassa lebih tinggi diperkirakan akan menghasilkan rasio yang mendekati kelimpahan matahari.) Pekerjaan observasi dan teoritis lebih lanjut akan diperlukan untuk membedakan antara kedua kemungkinan ini.

“Saat ini, data spektral dari Webb mencakup dua wilayah kecil di Crab, jadi penting untuk mempelajari lebih banyak lagi sisa-sisanya dan mengidentifikasi variasi spasial apa pun,” kata Martin Laming dari Laboratorium Penelitian Angkatan Laut di Washington dan salah satu penulis makalah tersebut. “Akan menarik untuk melihat apakah kita dapat mengidentifikasi garis emisi dari unsur-unsur lain, seperti kobalt atau germanium.”

Memetakan Kondisi Kepiting Saat Ini

Selain menarik data spektral dari dua wilayah kecil di bagian dalam Nebula Kepiting untuk mengukur rasio kelimpahan, teleskop juga mengamati lingkungan sisa yang lebih luas untuk memahami detail emisi sinkrotron dan distribusi debu.

Citra dan data yang dikumpulkan oleh MIRI memungkinkan tim untuk mengisolasi emisi debu di dalam Crab dan memetakannya dalam resolusi tinggi untuk pertama kalinya. Dengan memetakan emisi debu hangat dengan Webb, dan bahkan menggabungkannya dengan data Herschel Space Observatory pada butiran debu yang lebih dingin, tim tersebut menciptakan gambaran yang menyeluruh tentang distribusi debu: Filamen terluar mengandung debu yang relatif lebih hangat, sementara butiran yang lebih dingin tersebar luas di dekat bagian tengah.

“Tempat debu terlihat di Nebula Kepiting menarik karena berbeda dari sisa-sisa supernova lainnya, seperti Cassiopeia A dan Supernova 1987A,” kata Nathan Smith dari Steward Observatory di Universitas Arizona dan salah satu penulis makalah tersebut. “Pada objek-objek tersebut, debu berada di bagian tengah. Pada Nebula Kepiting, debu ditemukan di filamen padat kulit terluar. Nebula Kepiting sesuai dengan tradisi dalam astronomi: Objek yang paling dekat, paling terang, dan paling banyak dipelajari cenderung aneh.”

Temuan ini telah dipublikasikan di Itu Surat Jurnal Astrofisika.

Referensi: “Membedah Nebula Kepiting dengan JWST: Angin Pulsar, Filamen Berdebu, dan Kendala Kelimpahan Ni/Fe pada Mekanisme Ledakan” oleh Tea Temim, J. Martin Laming, PJ Kavanagh, Nathan Smith, Patrick Slane, William P. Blair, Ilse De Looze, Niccolò Bucciantini, Anders Jerkstrand, Nicole Marcelina Gountanis, Ravi Sankrit, Dan Milisavljevic, Armin Rest, Maxim Lyutikov, Joseph DePasquale, Thomas Martin, Laurent Drissen, John Raymond, Ori D. Fox, Maryam Modjaz, Anatoly Spitkovsky dan Louis-Gregory Strolger, 13 Juni 2024, Surat Jurnal Astrofisika.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad50d1

Pengamatan dilakukan sebagai bagian dari program Pengamat Umum 1714.

Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) adalah observatorium luar angkasa canggih yang diluncurkan pada 25 Desember 2021. Teleskop ini berfungsi sebagai penerus ilmiah teleskop Teleskop Luar Angkasa HubbleDilengkapi dengan cermin primer berukuran 6,5 meter dan instrumen khusus, JWST beroperasi terutama dalam spektrum inframerah, yang memungkinkannya untuk melihat lebih jauh ke masa lalu dan mengamati galaksi pertama yang terbentuk setelah Dentuman BesarTerletak di titik Lagrange kedua (L2), sekitar 1,5 juta kilometer dari Bumi, ia memberikan resolusi dan sensitivitas yang belum pernah ada sebelumnya, yang memungkinkan para ilmuwan untuk mempelajari setiap fase sejarah kosmik.