Jantung Bintang yang Meledak Teramati dalam 3-D

Supernova menempa kosmik dan membentuk molekul-molekul baru.

Supernova, tahap terakhir evolusi kehidupan bintang yang ganas, singkat dan cemerlang, merupakan salah satu fenomena paling dahsyat di alam semesta. Meskipun menandai kematian bintang, supernova justru memicu kelahiran molekul-molekul baru.

Pada bulan Februari 1987, para astronom telah menyaksikan salah satu pagelaran langit spektakuler yang terjadi di Awan Magellan Besar, sebuah galaksi katai satelit Bima Sakti yang terletak sekitar 163.000 tahun cahaya dari Bumi.

30 tahun sejak saat itu, observasi terhadap sisa-sisa ledakan supernova telah mengungkap rincian yang belum pernah dilihat sebelumnya tentang kematian bintang dan atom-atom yang ditempa di inti bintang. Termasuk karbon, oksigen, dan nitrogen yang dicurahkan ke kosmos untuk membentuk debu dan molekul-molekul baru. Pada akhirnya, partikel-partikel mikroskopis ini akan menemukan jalan untuk membentuk generasi baru bintang dan planet.

Belum lama berselang, tim astronom memanfaatkan Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) untuk mempelajari jantung supernova yang diberi kode SN 1987A. Keampuhan dan visi tajam ALMA memungkinkan tim untuk menghasilkan rendering 3 dimensi kompleks molekul-molekul yang terbentuk dari puing-puing ledakan. Hasil studi telah dipublikasikan di Astrophysical Journal Letters.

Rendering adalah proses untuk membangun gambar dari sebuah model (atau model yang secara kolektif dapat disebut sebuah berkas adegan), melalui program komputer.

Para peneliti juga menemukan berbagai molekul baru yang belum pernah terdeteksi di sisa supernova. Hasil studi yang ini dipublikasikan di jurnal sains lain, Monthly Notice of Royal Astronomical Society.

Ilustrasi Supernova 1987A mengungkap wilayah terdalam yang dingin dari sisa-sisa ledakan bintang (merah), sejumlah besar debu terdeteksi dan dicitrakan oleh ALMA. Warna wilayah terdalam sangat kontras dengan kulit terluar (biru), energi supernova menerjang (hijau) molekul gas yang dikeluarkan bintang sebelum meledak.

"Ketika meledak dan kita deteksi sekarang, supernova sebenarnya terjadi lebih dari 30 tahun yang lalu. Para astronom belum bisa menentukan tentang bagaimana ledakan ini membentuk lingkungan ruang antarbintang dan bagaimana material sisa-sisa ledakan bercahaya, mendingin dan menghasilkan molekul-molekul baru," kata astronom Rémy Indebetouw dari University of Virginia dan National Radio Astronomy Observatory (NRAO) di Charlottesville. "Berkat ALMA kita akhirnya dapat melihat 'debu bintang' yang dingin saat terbentuk, menambah informasi penting tentang asal usul bintang itu sendiri dan bagaimana supernova meletakkan pondasi bagi generasi baru planet."

Supernova, Kematian Bintang bagi Kelahiran Debu Kosmik

Sebelum investigasi SN 1987A berlangsung, hanya sebagian kecil astronom yang dapat menjelaskan dampak supernova terhadap lingkungan antarbintang di sekitarnya.

Bintang masif dengan massa sekitar 10 kali lipat Matahari kita atau lebih, telah lama diketahui akan mengakhiri hidup dengan cara yang spektakuler.

Ketika kehabisan bahan bakar fusi nuklir, bintang masif tidak memiliki cukup gaya untuk mengimbangi gaya gravitasi. Bagian terluar bintang yang dikendalikan oleh energi fusi nukilir, runtuh menimpa inti dengan kekuatan luar biasa. Bintang yang runtuh karena ditarik ke dalam oleh gaya gravitasinya sendiri, meledak dan mengempaskan material ke ruang angkasa.

Sebagai tahap terakhir evolusi kehidupan bintang masif, supernova memberikan efek luas terhadap galaksi induk. Untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang efek ini, Indebetouw membantu mengurai dampak supernova. "Alasan penampilan beberapa galaksi yang terlihat saat ini, sebagian besar dipengaruhi ledakan supernova yang terjadi di dalamnya," ia menjelaskan. "Meskipun kurang dari 10% bintang yang memicu ledakan supernova, namun tetap menjadi kunci evolusi galaksi."

Para astronom menggabungkan observasi dari tiga observatorium untuk menghasilkan gambar multi panjang gelombang colorful dari sisa-sisa kompleks Supernova 1987A. Warna merah menunjukkan debu yang baru terbentuk di pusat sisa supernova, yang diambil pada panjang gelombang submillimeter oleh Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) di Chili. Warna hijau dan biru mengungkap gelombang kejut yang menerjang cincin material di sekitar supernova. Hijau mewakili cahaya kasat mata  yang ditangkap oleh Teleskop Antariksa Hubble NASA. Warna biru mengungkap gas terpanas dan diolah dari data Observatorium Sinar-X Chandra NASA. Supernova 1987A terletak 163.000 tahun cahaya di Awan Magellan Besar.

Di seluruh alam semesta, ledakan supernova sering terjadi, namun karena rata-rata hanya terjadi satu kali hampir setiap 50 tahun di galaksi seukuran Bima Sakti, para astronom hanya memiliki sedikit kesempatan untuk mempelajari momen awal terjadinya ledakan sampai masa pendinginan yang membentuk molekul-molekul baru. Meskipun SN 1987A tidak berada di galaksi rumah kita, namun masih relatif dekat untuk dipelajari oleh ALMA dan teleskop-teleskop lainnya.

Menangkap Gambar 3 Dimensi SN 1987A dengan ALMA

Selama beberapa dekade, observatorium radio, optik, hingga sinar-X telah mempelajari SN 1987A, namun debu sisa ledakan menyulitkan analisis inti supernova. Kemampuan ALMA untuk mengamati pada panjang gelombang milimeter, wilayah spektrum elektromagnetik antara cahaya inframerah dan radio, memungkinkan para astronom untuk menembus debu dan gas. Para astronom kemudian dapat mempelajari lokasi limpahan molekul yang baru terbentuk, terutama silikon monoksida (SiO) dan karbon monoksida (CO), yang bersinar terang pada panjang gelombang submillimeter pendek dan dapat dideteksi oleh ALMA.

Citra dan animasi ALMA terbaru menunjukkan persediaan SiO dan CO dalam jumlah besar di dalam inti SN 1987A. Para ilmuwan sebelumnya membuat replika bagaimana dan di mana molekul-molekul ini akan muncul. Dengan ALMA, para astronom akhirnya mampu menangkap gambar dalam resolusi cukup tinggi untuk memastikan struktur di dalam sisa ledakan dan menguji model tersebut.

Selain memperoleh gambar 3 dimensi SN 1987A ini, data ALMA juga mengungkap rincian menarik tentang perubahan kondisi fisik seiring berlalunya waktu. Observasi ALMA juga memberikan wawasan tentang ketidakstabilan fisik di dalam supernova.

Wawasan Baru dari SN 1987A

Observasi awal menggunakan ALMA memverifikasi SN 1987A yang menghasilkan sejumlah besar debu, dan menyediakan rincian tentang bagaimana supernova menciptakan debu dan jenis-jenis molekul yang ditemukan di sisa ledakan.

"Salah satu tujuan studi SN 1987A adalah untuk menemukan molekul-molekul baru," ujar Indebetouw. "Kami berharap dapat menemukan karbon monoksida dan silikon monoksida, karena memang sebelumnya mereka telah terdeteksi." Namun para astronom sangat antusias untuk menemukan molekul-molekul baru, formil kation (HCO+) dan sulfur monoksida (SO).

"Molekul-molekul ini belum pernah terdeteksi di sisa supernova sebelumnya," catat Indebetouw. "HCO+ sangat menarik karena hanya bisa ditempa oleh ledakan supernova." Bintang menempa banyak elemen di dalam lapisan mirip lapisan bawang merah. Menjelang supernova, bintang menciptakan lingkungan yang diperlukan untuk pembentukan molekul dan debu.

Para astronom memperkirakan sekitar 1 dari 1.000 atom silikon ledakan bintang ditemukan pada molekul SiO yang terapung bebas. Mayoritas silikon telah bercampur dengan butiran debu. Bahkan jumlah SiO ternyata 100 kali lebih banyak daripada perkiraan model pembentukan debu. Observasi terbaru akan membantu para astronom untuk memperbaiki model mereka.

Ditemukan pula lebih dari 10% karbon dalam bentuk molekul CO. Hanya ada segelintir dari satu juta atom karbon di dalam molekul-molekul HCO+.

Pertanyaan Baru dan Studi Masa Depan

Meskipun ALMA telah banyak memberikan informasi tentang SN 1987A, masih ada beberapa sisa pertanyaan yang belum terjawab. Berapa prosentase limpahan molekul HCO+ dan SO? Adakah molekul lain yang belum terdeteksi? Bagaimana struktur 3 dimensi SN 1987A yang terus berubah dari waktu ke waktu?

Observasi ALMA di masa yang akan datang dalam panjang gelombang yang berbeda, diharapkan dapat membantu menentukan massa jenis bintang pulsar atau neutron yang bersemayam di puing-puing ledakan supernova. Supernova bertanggung jawab atas terciptanya salah satu objek kosmik paling padat ini, namun objek apa yang berada di pusat puing-puing supernova belum terdeteksi.

Ditulis oleh: Staf www.technology.org

Sumber: Heart of an Exploded Star Observed in 3-D

#terimakasihgoogle