Bukti Baru bahwa Semua Bintang Terlahir Berpasangan

Citra radio dari sistem bintang biner sangat muda yang berusia kurang dari 1 juta tahun, dan terbentuk di dalam inti padat (garis oval) di awan molekuler Perseus. Semua bintang kemungkinan terbentuk berpasangan di dalam inti padat. (SCUBA-2 gambar survei oleh Sarah Sadavoy, CfA)

Apakah Matahari kita memiliki kembaran saat lahir 4,5 miliar tahun yang lalu? Hampir dipastikan jawabannya adalah ya, meskipun tidak kembar identik. Hipotesis terbaru menunjukkan bahwa hampir semua bintang memiliki 'saudara kembar'. Demikian pula dengan bintang-bintang lain mirip Matahari di Alam Semesta. Analisis para astronom dari UC Berkeley menghasilkan model matematika untuk hipotesis tersebut. Kesimpulannya, mereka menemukan pola perilaku dua bintang yang saling berdekatan di masa dulu.

Banyak bintang yang memiliki pendamping, termasuk tetangga terdekat kita, Alpha Centauri, yang merupakan sistem bintang triple. Para astronom sudah lama mencari jawaban untuk pertanyaan apakah sistem bintang biner dan triple lahir seperti itu? Apakah satu bintang menangkap yang lain? Apakah bintang biner terkadang berpisah untuk menjadi bintang tunggal?

Para astronom bahkan telah mencari pendamping Matahari kita, sebuah bintang yang dijuluki Nemesis diduga mengakibatkan asteroid bertabrakan dengan Bumi dan memusnahkan dinosaurus, meskipun hingga saat ini tidak pernah ditemukan. Peneliti mengawalinya dengan meneliti awan kosmik Perseus yang berjarak sekitar 600 tahun cahaya dari Bumi untuk mempelajari bintang tunggal dan bintang kembar. Dengan data tersebut, mereka berhasil mengumpulkan 19 sistem bintang biner dan 45 sistem bintang tunggal.

Pernyataan baru ini didasarkan pada survei panjang gelombang radio terhadap awan molekuler raksasa yang dipenuhi bintang-bintang yang baru terbentuk di rasi Perseus, dan model matematis yang dapat menjelaskan observasi Perseus jika semua bintang mirip Matahari dilahirkan bersama pendamping.

"Kami jawab ya, mungkin dulu ada Nemesis, dahulu sekali," ujar Steven Stahler yang turut menulis makalah studi bersama Sadavoy.

Nemesis adalah julukan bagi kembaran Matahari di Tata Surya. Bintang satu ini disebut bertanggung jawab atas kepunahan dinosaurus. Nemesis diduga kerap melontarkan asteroid pembunuh ke arah Bumi setiap 26 juta tahun sekali. Namun teori itu memudar karena para astronom di tahun 1980-an gagal mendeteksi jejaknya.

"Kami menjalankan serangkaian model statistik untuk melihat apakah kami dapat menjelaskan populasi relatif bintang tunggal muda dan bintang biner dari semua pemisahan di awan molekuler Perseus, dan satu-satunya model yang dapat mereproduksi data adalah semua bintang pada awalnya terbentuk sebagai sistem biner dengan orbit lebar. Orbit sistem ini kemudian merapat atau menjauh dalam waktu satu juta tahun."

Dalam studi ini, "orbit lebar" berarti kedua bintang terpisah lebih dari 500 AU. (1 AU adalah jarak Bumi-Matahari). Pendamping orbit lebar bagi Matahari terpisah lebih dari 17 kali jarak Neptunus-Matahari. Berdasarkan model ini, "saudara" Matahari diperkirakan terpisah dan bercampur dengan bintang-bintang lain di Bima Sakti dan tak pernah terlihat lagi.

“Gagasan bahwa banyak bintang yang terbentuk bersama pendamping telah dikemukakan sebelumnya, tetapi pertanyaannya adalah berapa banyak?” kata penulis utama makalah studi Sarah Sadavoy dari Smithsonian Astrophysical Observatory. “Berdasarkan model sederhana kami, kami mengatakan bahwa hampir semua bintang terbentuk bersama pendamping. Awan Perseus umumnya dianggap sebagai wilayah pembentuk bintang tipikal bermassa rendah, tetapi model kami perlu diperiksa di awan lain serupa.”

Makalah studi yang melaporkan hasil studi telah dipublikasikan di Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Bintang Lahir Pada 'Inti Padat'

Sebuah citra radio dari sistem bintang triple yang terbentuk di dalam cakram berdebu di awan molekuler Perseus yang diperoleh oleh Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) di Chili.
(Gambar: Bill Saxton, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NRAO/AUI/NSF)

Para astronom telah berspekulasi tentang asal-usul sistem bintang biner dan sistem bintang tunggal selama ratusan tahun, dan dalam beberapa tahun terakhir telah menciptakan simulasi komputer tentang massa gas yang runtuh untuk memahami bagaimana mereka memadat karena gaya gravitasi untuk menjadi bintang. Mereka juga telah mensimulasikan interaksi banyak bintang muda yang baru saja terbebas dari awan gas mereka. Beberapa tahun yang lalu, salah satu simulasi komputer yang dibuat oleh Pavel Kroupa dari Universitas Bonn, mengarah pada kesimpulan bahwa semua bintang terlahir dalam sistem biner. Namun bukti langsung dari observasi sangatlah langka. Pada saat para astronom melihat bintang yang lebih muda, mereka memang menemukan kemungkinan bintang terlahir biner, tapi hingga saat ini masih menjadi misteri yang belum terungkap.

"Kuncinya adalah belum ada yang pernah melihat hubungan antara bintang muda dengan awan yang menelurkan mereka secara sistematis." kata Stahler. "Studi kami merupakan langkah maju dalam memahami bagaimana bintang biner terbentuk dan juga peran yang dimainkan mereka dalam evolusi awal Alam Semesta. Kami sekarang yakin sebagian besar bintang yang sangat mirip Matahari kita, terbentuk berpasangan. Saya pikir kami memiliki bukti terkuat untuk pernyataan semacam itu."

Menurut Stahler, dalam beberapa dekade para astronom meyakini bintang-bintang lahir di dalam kepompong menyerupai telur yang disebut INTI PADAT, di seluruh awan molekuler hidrogen dingin yang menjadi lokasi pembibitan bintang-bintang muda. Melalui teleskop optik, awan-awan ini terlihat seperti lubang di langit berbintang, karena debu yang menyertai gas menyala dari dua bintang yang terbentuk di dalam dan di belakang bintang. Awan-awan ini juga bisa diselidiki menggunakan teleskop radio, karena butiran debu dingin di dalamnya memancarkan gelombang radio dan gelombang radio tidak terhalang oleh debu.

Awan Molekuler Perseus adalah salah satu tempat pembibitan bintang seperti itu. Tahun lalu, satu tim astronom menyelesaikan sebuah survei menggunakan Very Large Array (parabola panjang gelombang radio) guna mengumpulkan variabel data yang memiliki tipe data yang sama dan dinyatakan dengan nama yang sama. Array merupakan konsep yang penting dalam pemrograman karena dapat menyimpan data maupun referensi objek dalam jumlah banyak dan terindeks. Very Large Array ditempatkan di New Mexico untuk melihat proses pembentukan bintang di dalam awan. Survei yang diberi nama VANDAM merupakan observasi terlengkap pertama dari semua bintang muda di awan molekuler, yaitu bintang berusia kurang dari 4 juta tahun, termasuk bintang tunggal dan bintang biner hingga radius pemisahan sekitar 15 AU. Survei mencakup semua bintang biner dengan pemisahan yang melampaui 19 AU.

Sebuah awan molekuler gelap, Barnard 68, dipenuhi dengan gas dan debu yang menghalangi cahaya dari bintang-bintang yang terbentuk di dalamnya, termasuk bintang dan galaksi yang berada di belakangnya. Awan molekular gelap merupakan lokasi pembibitan bintang, seperti awan molekuler Perseus, hanya bisa diselidiki oleh gelombang radio.
Kredit: Tim FORS, VLT Antu 8,2 meter, ESO

Stahler mendengar tentang survei tersebut setelah melakukan pendekatan dengan Sadavoy, anggota tim VANDAM, dan meminta bantuannya untuk mengamati bintang muda di dalam inti yang padat. Survei VANDAM menghasilkan perhitungan dari semua Bintang Kelas 0, yaitu yang berusia kurang dari 500.000 tahun dan bintang Kelas I, yang berusia antara 500.000 hingga 1 juta tahun. Bintang yang termasuk kategori Kelas 0 dan Kelas I begitu muda sehingga mereka belum dapat membakar hidrogen untuk menghasilkan energi.

Sadavoy menganalisis data VANDAM dan menggabungkannya dengan observasi tambahan yang mengungkap keberadaan kepompong menyerupai telur di sekitar bintang-bintang muda. Observasi tambahan berasal dari Survey Gould Belt menggunakan instrumen SCUBA-2 yang diinstal di Teleskop James Clerk Maxwell, Hawaii. Survey Gould Belt adalah misi sains astronomi yang digelar oleh Badan Antariksa Eropa (ESA). Didedikasikan untuk mempelajari Alam Semesta dingin dengan melakukan pengamatan astronomi pada panjang gelombang inframerah dan submillimeter spektrum elektromagnetik, Gould Belt merupakan program kunci untuk mempelajari pembentukan bintang dengan instrumen-instrumen khusus berfokus pada daerah-daerah pembentuk bintang di Sabuk Gould.

Menggabungkan kedua arsip data ini, Sadavoy mampu menghasilkan sensus akurat terhadap populasi sistem bintang biner dan bintang tunggal di Perseus, menghasilkan 55 bintang muda di 24 sistem bintang ganda, semuanya kecuali lima di antaranya adalah biner, dan 45 sistem bintang tunggal.

Dengan data ini, Sadavoy dan Stahler juga menemukan bahwa semua sistem bintang biner "orbit lebar" yang terpisah lebih dari 500 AU adalah sistem bintang yang sangat muda berisi dua bintang Kelas 0. Sistem ini juga cenderung sejajar dengan sumbu panjang inti padat berbentuk telur. Bintang biner Kelas I yang sedikit lebih tua saling berdekatan, dipisahkan hanya sekitar 200 AU dan tidak menunjukkan kecenderungan sejajar dengan sumbu telur.

"Hal ini belum pernah terlihat sebelumnya atau diuji dan sangat menarik," kata Sadavoy. "Kami belum tahu apa artinya, namun tidak acak dan harus ada jawaban tentang bagaimana bintang-bintang biner terpisah jauh."

Inti Menyerupai Telur Runtuh Menjadi Dua Pusat

Citra inframerah yang diambil oleh Teleskop Antariksa Hubble NASA ini memperlihatkan objek terang berbentuk kipas (kuadran kanan bawah), dianggap sebagai bintang biner yang memancarkan detak cahaya saat kedua bintang berinteraksi. Sistem biner primitif ini terletak di wilayah IC 348 dari awan molekuler Perseus dan dimasukkan dalam studi oleh tim Berkeley/Harvard.
Kredit: NASA, ESA dan J. Muzerolle, STScI

Stahler dan Sadavoy secara matematis memodelkan berbagai skenario untuk menjelaskan distribusi bintang-bintang biner ini dengan asumsi formasi khas, yaitu saat bintang biner berpisah dan saat orbit keduanya merapat. Mereka menyimpulkan bahwa satu-satunya cara untuk menjelaskan observasi adalah dengan mengasumsikan bahwa semua bintang dengan rentang massa setara Matahari, terbentuk sebagai biner Kelas 0 "orbit lebar" di inti padat menyerupai telur, setelah itu 60 persen di antaranya terpisah seiring waktu. Sisanya mendekat untuk membentuk sistem biner rapat.

"Pada waktu telur retak, bagian paling padat dari telur akan menuju ke tengah dan membentuk dua konsentrasi kerapatan sepanjang sumbu pusat," katanya. "Pusat-pusat kepadatan tinggi ini pada beberapa titik runtuh karena gaya gravitasinya sendiri untuk membentuk bintang Kelas 0."

"Di dalam foto kami, bintang tunggal massa rendah mirip Matahari bukanlah bintang purba (muda)" tambah Stahler. "Mereka adalah hasil perpisahan biner."

Teori mereka menyiratkan bahwa di setiap inti padat yang massanya beberapa kali massa Matahari, mengubah molekul dua kali lipat lebih banyak untuk melahirkan bintang seperti yang telah diperkirakan sebelumnya.

Stahler mengatakan bahwa dia telah meminta para astronom radio untuk membandingkan inti padat dengan bintang muda yang tertanam di dalamnya selama lebih dari 20 tahun guna menguji teori pembentukan bintang biner. Data dan model baru adalah awal, katanya, namun masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan untuk memahami teori-teori fisika di balik pembentukan bintang biner tersebut.

"Studi semacam itu mungkin akan segera menyusul, karena kemampuan VLA yang sekarang ditingkatkan dan teleskop ALMA di Chili, ditambah survei SCUBA-2 di Hawaii, akhirnya memberi data dan statistik yang kami butuhkan. Studi ini akan mengubah pemahaman kita tentang inti padat dan bintang-bintang yang tertanam di dalamnya," kata Sadavoy.

Ditulis oleh: Robert Sanders, berkeley.edu

Sumber: New Evidence That All Stars Are Born In Pairs

#terimakasihgoogle