Radiasi Sinkrotron dan Siklotron: Fenomena Radiasi dalam Medan Magnet

Dalam kajian astrofisika, terdapat perbedaan signifikan antara perilaku elektron yang bergerak santai dalam awan gas dan elektron yang bergerak dalam kecepatan tinggi (relativistik). Perbedaan ini menghasilkan fenomena radiasi yang menarik dan penting untuk dipahami. Dalam artikel ini, kita akan membahas secara rinci mengenai radiasi sinkrotron dan siklotron, dua jenis radiasi yang ditemukan di langit.

Radiasi Sinkrotron: Pencitraan Medan Magnet di Langit

Radiasi sinkrotron dihasilkan oleh elektron relativistik, yaitu elektron dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, yang bergerak dalam medan magnet. Sumber utama elektron relativistik ini adalah komponen elektron dalam sinar kosmik. Radiasi sinkrotron tersebar luas di seluruh galaksi Bima Sakti dan galaksi lainnya, dan merupakan salah satu proses emisi sinambung yang paling mudah diamati dalam dunia astrofisika.

Perbandingan dengan Radiasi Bremsstrahlung

Terdapat kesamaan antara radiasi Bremsstrahlung dan radiasi sinkrotron. Radiasi Bremsstrahlung terjadi saat elektron dipercepat dalam medan listrik, sedangkan radiasi sinkrotron terjadi saat elektron dipercepat dalam medan magnet. Keduanya adalah bentuk penghamburan muatan dalam medan. Karena itu, emisi sinkrotron juga sering disebut sebagai radiasi Bremsstrahlung magnetik atau magneto-Bremsstrahlung.

Fenomena Radiasi Sinkrotron

Untuk memahami fenomena ini, kita perlu mengingat bahwa partikel bermuatan yang bergerak dalam medan magnet B dengan kecepatan v akan mengalami gaya Lorenz. Ini berlaku untuk elektron yang memiliki muatan e dan saat medan listrik diabaikan. Gaya Lorenz ini selalu tegak lurus terhadap medan magnet dan kecepatan partikel, tidak peduli apakah partikel itu relativistik atau tidak. Gaya ini dikenal dengan gaya Lorentz dan memiliki besaran:

Rumus Gaya Lorentz pada Muatan Bergerak dalam Medan Magnet:

F Lorentz = qvB x sin α di mana: q merupakan bentuk muatan listrik (Coloumb) v merupakan kecepatan dari gerak muatan listrik (m/s) B adalah kuat medan magnet (Tesla) α ialah bentuk sudut yang dibentuk oleh B dan v

Contoh Soal Rumus Gaya Lorentz :

Diketahui pada sebuah kawat yang dialiri oleh listrik 10 A dengan mengarah ke atas yang berada di dalam suatu medan magnetik 0,5 T dengan ikut membentuk sebuah sudut 30o terhadap kawat tersebut. Apabila panjang dari kawat tersebut adalah 10 meter, tentukan besar dari gaya Lorentz yang akan dialami oleh kawat.

Pembahasan Jawaban:

Diketahui: I = 10 A B = 0,5 T α = 30o l = 10 m Ditanya: F = … ? Jawab: F = I.l.B sin α = (0,5)(10)(10) sin 30o F = 50(1/2) = 25 newton.

Radiasi Siklotron vs. Radiasi Sinkrotron

Jika elektron hanya bergerak sejajar dengan medan magnet (sin phi = 0), tidak ada gaya yang bekerja pada elektron dan tidak ada radiasi yang dipancarkan. Namun, jika kecepatan awal elektron memiliki arah yang acak, maka elektron akan menempuh jalur spiral sepanjang garis medan.

Setiap periode dalam gerakan spiral ini, kecepatan elektron tetap konstan, tetapi perubahan arahnya menghasilkan percepatan yang menyebabkan radiasi dipancarkan. Perlu diperhatikan bahwa fenomena ini tidak hanya berlaku untuk elektron, tetapi juga untuk partikel bermuatan lainnya seperti proton atau ion.

Plasma Termagnetisasi dan Dampaknya

Dalam kondisi medan magnet dalam plasma yang kuat, partikel bermuatan yang bergerak dalam gerakan spiral akan terkopel dengan medan dan terjebak di dalamnya. Dalam kondisi ini dikenal sebagai plasma termagnetisasi. Kriteria utamanya adalah partikel bermuatan harus menyelesaikan setidaknya satu putaran gerak spiral sebelum berinteraksi dengan partikel lainnya. Hal ini memiliki perbedaan antara elektron dan ion.

Penerapan dalam Kajian Astrofisika

Radiasi sinkrotron memberikan pandangan unik tentang medan magnet di berbagai objek astronomi. Keberadaan radiasi ini dapat membantu kita memetakan medan magnet dan memahami fenomena astrofisika seperti prominensa matahari dan loop korona. Radiasi ini juga memungkinkan pemahaman tentang medan magnet dalam berbagai kondisi, dari ruang antar bintang hingga permukaan benda langit seperti bumi, Jupiter, dan lainnya.

Kesimpulan

Radiasi sinkrotron dan siklotron merupakan fenomena penting dalam dunia astrofisika yang dihasilkan oleh partikel bermuatan yang bergerak dalam medan magnet. Radiasi ini memberikan informasi penting tentang medan magnet dalam berbagai objek astronomi dan memungkinkan pemahaman lebih mendalam tentang proses-proses astrofisika yang terjadi di alam semesta.

Referensi:

https://katadata.co.id/

Bagenal, F. 1992, Giant Planet Magnetospheres. AREPS, 20, 289

Irwin, J. 2007. Astrophysics: Decoding the Cosmos. John Wiley and Sons, Ltd.

K. R. Lang, Astrophysical Formulae, Springer-Verlag, New York, 1999