Bintang Katai Putih, Objek Terpadat Ketiga di Alam Semesta

Darimana Bintang Katai Putih Berasal?

Akhir kehidupan sebuah bintang tergantung pada massa ketika ia dilahirkan. Bintang yang sangat masif mengakhiri kehidupannya untuk berevolusi menjadi lubang hitam atau bintang neutron. Bintang massa menengah atau rendah (kurang dari delapan kali massa Matahari) akan berevolusi menjadi katai putih. Sebagian besar katai putih yang ditemukan di alam semesta memiliki massa yang setara dengan Matahari, namun ukurannya hanya sedikit lebih besar daripada Bumi. Oleh karena itu, katai putih adalah objek kosmik terpadat ketiga di alam semesta, setelah lubang hitam dan bintang neutron.

Bintang massa menengah seperti Matahari kita, menjalani hidup dengan aktivitas fusi nuklir untuk melebur hidrogen menjadi helium di inti bintang. Demikian pula dengan Matahari kita, panas yang dihasilkan dari fusi nuklir menciptakan tekanan keluar yang mengimbangi gaya gravitasinya sendiri. Dalam waktu lima miliar tahun lagi, Matahari akan mengkonsumi semua molekul hidrogen di bagian inti.

Situasi di dalam bintang mirip pressure cooker, peralatan masak tertutup yang memanfaatkan tekanan untuk memasak makanan. Pemanasan di dalam wadah tertutup menyebabkan tekanan meningkat. Hal serupa juga terjadi di Matahari. Meskipun Matahari mungkin tidak sepenuhnya mirip dengan peralatan masak tertutup, namun gaya gravitasinya bertindak layaknya pressure cooker, yang terus menarik Matahari ke dalam, sementara tekanan yang diciptakan oleh gas panas di bagian inti terus mendorong keluar. Keseimbangan antara tekanan dan gaya gravitasi menstabilkan Matahari.

Ketika bintang kehabisan hidrogen untuk aktivitas fusi nuklir, keseimbangan terganggu, gaya gravitasi unggul dan mulai meruntuhkan bintang. Proses ini memadatkan bintang, menyebabkan bintang kembali memanas untuk sekali lagi melakukan fusi nuklir dengan hanya sedikit sisa kandungan hidrogen di lapisan selubung inti bintang.

Betelgeuse. Pada tanggal 15 Januari 1996, Teleskop Antariksa Hubble NASA menangkap gambar pertama sebuah bintang secara langsung.
Kredit: A. Dupree (CfA), R. Gilliland (STScI), NASA, ESA

Selubung hidrogen yang memanas akan memperluas lapisan terluar bintang. Ketika tahap ini dialami oleh Matahari kita, ia akan akan berevolusi menjadi raksasa merah, ukurannya membesar, bahkan akan sepenuhnya menelan Merkurius.

Ketika ukuran bintang menjadi lebih besar, panasnya juga menyebar, suhu bintang secara keseluruhan menurun. Tapi suhu di inti bintang saat berevolusi menjadi raksasa merah justru meningkat, begitu panas, hingga sekali lagi memicu fusi nuklir untuk melebur helium menjadi karbon dan elemen lainnya yang lebih berat. Matahari hanya akan menjadi bintang raksasa merah selama satu miliar tahun, tidak terlalu lama jika dibandingkan 10 miliar tahun usia hidupnya yang dihabiskan untuk aktivitas fusi hidrogen.

Setelah kehabisan bahan bakar helium, Matahari tidak cukup panas untuk melakukan fusi karbon, lalu apa yang akan terjadi?

Ya, sekali lagi gaya gravitasi akan mengambil alih. Ketika mulai berkontraksi, inti Matahari akan melepaskan energi yang menyebabkan lapisan terluar membesar. Matahari akan menjadi raksasa merah yang ukurannya lebih besar, bahkan lebih besar daripada lintasan orbit Bumi.

Matahari sangat tidak stabil pada titik ini dan akan kehilangan massa. Tahap ini terus berlangsung hingga akhirnya Matahari terpaksa melepaskan lapisan-lapisan terluarnya. Namun inti Matahari tetap utuh dan menjadi katai putih yang dikelilingi oleh selubung gas yang meluas sebagai sebuah objek yang disebut nebula planeter. Disebut begitu karena para pengamat yang dulu menemukannya menganggapnya mirip planet Uranus dan Neptunus. Ada beberapa nebula planeter yang dapat diamati hanya menggunakan teleskop sederhana, namun sekitar separuh katai putih di pusat nebula hanya dapat diamati menggunakan teleskop berukuran sedang.

Kredit: ESA/Hubble dan NASA

Nebula planeter tampaknya menandai tahap peralihan wujud bintang massa menengah, dari raksasa merah menjadi katai putih. Bintang yang massanya sebanding dengan Matahari akan menjadi katai putih dalam waktu 75.000 tahun setelah menghembuskan selubung yang mengelilinginya. Seperti Matahari kita, bintang massa menengah lainnya, memancarkan panas ke ruang angkasa dan memudar menjadi gumpalan karbon hitam. Mungkin dibutuhkan waktu selama 10 miliar tahun lagi, tetapi Matahari kita suatu hari nanti akan mencapai ujung garis kehidupannya dan secara diam-diam berevolusi menjadi katai hitam.

Katai putih juga dapat memberikan kita informasi tentang usia alam semesta. Jika kita dapat memperkirakan waktu yang dibutuhkan oleh katai putih untuk mendingin dan berubah menjadi katai hitam, kita akan memperoleh batasan terendah usia kosmos dan galaksi Bima Sakti kita. Tapi karena butuh miliaran tahun bagi katai putih untuk mendingin, maka alam semesta tidak mungkin memiliki katai hitam pada usianya saat ini. Dan jika kemudian hari katai hitam ditemukan, penemuan ini akan mengubah pemahaman kita tentang proses pendinginan katai putih.

Observasi Katai Putih

Bintang katai putih Sirius B berada di samping bintang Sirius A yang lebih besar.
Kredit: NASA, ESA, H. Bond, (STScI), and M. Barstow (University of Leicester)

Ada beberapa metode yang dapat diterapkan untuk mengamati katai putih. Katai putih pertama yang ditemukan, dapat diamati karena berada dalam sistem biner sebagai pendamping Sirius, sebuah bintang yang bersinar terang di rasi Canis Major. Pada tahun 1844, astronom Friedrich Bessel memperhatikan goyangan pada pergerakan Sirius, seolah-olah mengorbit objek yang tak terlihat. Pada tahun 1863, Alvan Clark, seorang ahli di bidang optik dan teleskop, berhasil mengamatinya. Bintang pengiring ini kemudian dikonfirmasi sebagai katai putih. Pasangan bintang ini sekarang disebut Sirius A dan B, dengan B adalah katai putih. Periode orbital sistem ini sekitar 50 tahun.

Karena ukurannya sangat kecil, katai putih sangat sulit dideteksi, sistem biner adalah salah satu cara untuk menemukannya. Seperti halnya sistem Sirius, jika sebuah bintang tampaknya memiliki semacam pergerakan yang tidak dapat dijelaskan, kita mungkin akan mengkonfirmasinya sebagai sistem biner bersama bintang katai putih sebagai pengiring.

Pada bulan Agustus 1995, Wide Field and Planetary Camera, instrumen canggih yang terpasang di Teleskop Antariksa Hubble NASA, menemukan 75 katai putih di gugus bintang globular Messier 4 di rasi Scorpius. Mereka begitu redup, bahkan yang paling terang tidak melampaui kilau cahaya bola lampu 100 watt yang dilihat dari Bumi di permukaan Bulan. Meskipun terletak 7.000 tahun cahaya, Messier 4 adalah gugus bintang globular terdekat dari Bumi yang diperkirakan telah berusia sekitar 14 miliar tahun. Itulah sebabnya mengapa ditemukan begitu banyak bintang yang telah mendekati akhir kehidupannya.

Citra optik (kiri) dan sebagian bidang observasi Hubble (kanan) dari gugus bintang globular Messier 4. Katai putih dilingkari dalam bidang observasi Hubble.

Teleskop optik bukanlah satu-satunya metode yang digunakan untuk mengamati katai putih. Katai putih HZ 43 diamati menggunakan satelit sinar-X ROSAT. Sumber sinar-X berasal dari dalam permukaan HZ 43. Katai putih belia ini sangat padat, dengan suhu mencapai 100.000 derajat. Lapisan terluar HZ 43 hanya mengandung helium dan hidrogen, transparan terhadap pengamatan panjang gelombang sinar-X yang dipancarkan oleh lapisan terdalam yang jauh lebih panas.

Gambar HZ 43 yang diambil oleh ROSAT.
Kredit gambar: Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE)s

Ditulis oleh: Staf imagine.gsfc.nasa.gov

Sumber: White Dwarfs

#terimakasihgoogle dan #terimakasihnasa