 |
| Kredit: NASA |
Bintang
adalah objek astronomi yang paling dikenal secara luas dan mewakili komponen
dasar penyusun sebuah galaksi. Usia, distribusi, dan komposisi bintang di
sebuah galaksi bisa mengungkap riwayat, dinamika dan evolusi galaksi induk. Selain
itu, bintang juga bertanggung jawab penuh atas produksi dan distribusi
unsur-unsur berat seperti karbon, nitrogen, dan oksigen. Karakteristik bintang
sangat mempengaruhi karakteristik sistem planet. Konsekuensinya, studi tentang
kelahiran, kehidupan dan kematian bintang adalah pusat sains astronomi.
Penciptaan Bintang
Bintang
dilahirkan di dalam awan debu kosmik yang tersebar di sebagian besar galaksi.
Contoh awan debu kosmik yang paling familiar adalah Nebula Orion. Turbulensi yang
terjadi di dalam nebula memunculkan simpul dengan massa yang cukup untuk
meruntuhkan gas dan debu di bawah gaya gravitasinya sendiri. Saat runtuh,
material di pusat nebula mulai memanas.
Disebut
protobintang, inti nebula yang sangat panas suatu saat runtuh dan menjadi
bintang. Simulasi 3D komputer tentang penciptaan bintang memprediksi
awan gas dan debu yang berputar dan runtuh, dapat pecah menjadi dua atau tiga
gumpalan. Model komputer ini menjelaskan mengapa mayoritas bintang di galaksi Bima
Sakti kita berpasangan atau berada dalam kelompok yang terdiri dari beberapa
bintang.
 |
| Pengamatan gema cahaya Eta Carinae memberikan wawasan baru tentang perilaku bintang masif di ambang ledakan dahsyat supernova. Kredit: NOAO, AURA, NSF, dan N. Smith (Universitas Arizona) |
Ketika
awan runtuh, inti padat nan panas terbentuk dan mulai mengakumulasi debu dan
gas. Tidak semua material ini menjadi bintang, sisa debu dan gas dapat menjadi planet,
asteroid, komet atau tetap menjadi debu.
Dalam
beberapa kasus, awan bisa saja tidak runtuh dan tetap berputar dengan kecepatan
stabil. Pada bulan Januari 2004, astronom amatir James McNeil menemukan nebula
kecil yang muncul di dekat nebula Messier 78 yang terletak di rasi Orion. Ketika para pengamat di seluruh dunia mengarahkan instrumen astronomi ke
Nebula McNeil ini, mereka menemukan sesuatu yang menarik, kecerahan nebula yang
tampak bervariasi.
Observasi
tindak lanjut menggunakan Observatorium Antariksa Sinar-X Chandra NASA
mengungkap interaksi antara medan magnet bintang muda dengan gas di sekitarnya yang
menyebabkan peningkatan kecerahan secara episodik.
Bintang Deret Utama
Bintang
seukuran Matahari kita membutuhkan waktu sekitar 50 juta tahun sejak nebula
runtuh untuk menjadi stabil. Matahari kita akan tetap dalam fase stabil ini (berada
pada deret utama sebagaimana ditunjukkan dalam Diagram Hertzsprung-Russell)
selama kurang lebih 10 miliar tahun.
Bintang
digerakkan oleh reaksi berantai fusi nuklir hidrogen untuk melebur helium di
dalam interiornya. Aliran energi dari pusat bintang memberikan tekanan untuk menghasilkan energi yang membuat bintang bersinar dan menjaga
bintang agar tidak runtuh karena bobotnya sendiri.
Sebagaimana
ditunjukkan dalam Diagram Hertzsprung-Russell, variasi bintang deret utama
membentang dalam hal luminositas dan warna, dan dapat diklasifikasikan menurut
karakteristik tersebut. Bintang berukuran kecil, yang dikenal sebagai katai merah, hanya mengandung setidaknya 10% massa dan memancarkan energi sebesar 0,01% Matahari pada kisaran suhu antara 3000-4000 derajat Kelvin. Terlepas
dari ukurannya yang kecil, katai merah diketahui mendominasi populasi bintang di alam semesta dan memiliki rentang hidup panjang hingga puluhan
miliar tahun.
Di
sisi lain, bintang masif, yang dikenal sebagai hypergiant, ukurannya 100 kali lipat atau lebih daripada Matahari dan
memiliki suhu permukaan sekitar 30.000 Kelvin. Hypergiant memancarkan energi ratusan ribu kali lebih besar daripada
energi yang dihasilkan Matahari, tetapi masa hidupnya sangat singkat, hanya
beberapa juta tahun. Meskipun bintang ekstrem seperti ini diyakini tercipta
paling banyak di alam semesta awal, saat ini jumlah mereka sangat langka. Di seluruh
Bima Sakti hanya ditemukan segelintir hypergiant.
Takdir Bintang
Secara
umum, semakin besar ukuran bintang, semakin pendek umurnya. Saat sebuah
bintang telah melebur semua atom hidrogen di inti bintang, reaksi nuklir
berhenti. Tak mampu lagi memproduksi energi yang menopang dirinya sendiri, inti bintang
mulai runtuh karena gaya gravitasinya dan menjadi jauh lebih panas. Di
luar inti bintang, atom hidrogen masih tersedia, sehingga reaksi fusi nuklir
hidrogen berlangsung di lapisan yang mengelilingi inti. Karena inti semakin panas,
bintang akan mendorong lapisan-lapisan terluar, yang menyebabkan bintang
mengembang dan mendingin, berevolusi menjadi raksasa merah.
Jika
bintang tersebut cukup masif, inti yang telah runtuh dapat menjadi cukup panas
untuk kembali melakukan fusi nuklir, tetapi bukan fusi hidrogen, melainkan
helium yang menghasilkan berbagai unsur-unsur berat hingga besi. Namun, reaksi
semacam itu hanya menangguhkan takdir pamungkas bintang. Secara perlahan, inti bintang semakin tidak stabil, kadang-kadang
panas membara, di lain waktu padam. Variasi ini menyebabkan bintang berdenyut
dan memaksa bintang melepaskan lapisan terluarnya, mengunci dirinya
sendiri dalam cangkang gas dan debu. Pilihan takdir pamungkas yang menanti
bintang setelah itu, sangat tergantung pada ukuran inti.
Bintang Normal Berevolusi
Menjadi Katai Putih
 |
| Kredit: spaceanswers.com |
Untuk
bintang normal seperti Matahari, proses pelepasan lapisan terluar akan terus
berlanjut hingga inti bintang terekspos. Meskipun dianggap telah mati, namun
“jenazah” bintang tetap merupakan benda langit ganas yang disebut “katai putih”. Ukurannya hanya sebesar planet Bumi, namun masih mengandung massa
setara bintang. Hal ini pernah membingungkan para astronom, mengapa mereka
tidak lagi runtuh? Kekuatan apa yang mendukung massa pada inti bintang?
Akhirnya
mekanika kuantum menyediakan penjelasan.
Tekanan
dari elektron yang bergerak cepat menjaga inti bintang untuk tidak ambruk. Semakin
besar inti, semakin padat katai putih terbentuk. Jadi, semakin kecil diameter
katai putih, semakin besar pula massanya! Bintang paradoks ini jumlahnya
relatif banyak, karena memang merupakan tahap evolusi yang akan dijalani oleh
semua bintang normal. Bahkan Matahari kita akan menjadi bintang katai putih
miliaran tahun dari sekarang. Karena ukurannya kecil dan tidak lagi memiliki
sumber produksi energi, katai putih sangat redup, semakin memudar dan perlahan-lahan mendingin.
Takdir
ini menunggu seluruh bintang dengan massa sekitar 1,4 kali massa
Matahari. Di atas massa itu, tekanan elektron tidak dapat mempertahankan inti
agar tidak ambruk lebih parah lagi. Bintang di atas massa 1,4 massa Matahari,
mengalami nasib yang berbeda.
Ledakan Nova Katai Putih
Apabila
terbentuk dalam sistem biner, katai putih bisa mengalami
tahap kehancuran yang lebih parah karena memicu ledakan nova. Arti nova dalam bahasa
latin adalah “baru”. Dulu, nova pernah dianggap sebagai bintang baru, tapi hari
ini kita memahami identitas sejatinya, sebagai bintang yang
sangat tua, atau katai putih.
Jika
berada cukup dekat dengan bintang pengiring, gravitasi katai putih dapat
menyeret material, sebagian besar hidrogen, dari lapisan terluar bintang pengiring
ke katai putih untuk membangun lapisan di permukaan. Ketika hidrogen menumpuk sangat
banyak di permukaan, terjadilah ledakan fusi nuklir yang menyebabkan skala
kecerahan katai putih meningkat drastis, sembari melepaskan sisa-sisa material.
Dalam beberapa hari kemudian, skala kecerahan mereda dan siklus dimulai lagi.
Kadang-kadang,
katai putih yang cukup masif (mendekati ambang batas 1,4 Matahari) dapat
mengakumulasi massa sangat banyak, sehingga ambruk dan memicu ledakan supernova.
Supernova Menyisakan Bintang
Neutron atau Lubang Hitam
Bintang
deret utama yang melampaui delapan kali lipat massa Matahari, ditakdirkan untuk
mati dalam ledakan dahsyat supernova. Supernova tak sekadar versi besar dari
nova. Pada ledakan nova, hanya permukaan bintang yang meledak, sedangkan supernova, seluruh inti bintang runtuh dan meledak. Serangkaian reaksi
nuklir kompleks bintang masif, mengarah ke produksi unsur besi di inti
bintang. Setelah mencapai tahap produksi unsur besi, bintang telah memeras
semua energi yang dapat dihasilkannya dari reaksi fusi nuklir. Bintang tidak
lagi memiliki cara lain untuk menopang bobotnya sendiri, dan akhirnya inti
bintang runtuh.
Hanya
dalam hitungan detik, radius inti menyusut dari sekitar 5.000 mil menjadi hanya
puluhan mil, sementara suhu meningkat mencapai 100 miliar derajat atau lebih. Semula,
inti dan lapisan terluar bintang runtuh serentak, tetapi lapisan terluar memantul
karena pelepasan energi luar biasa dan terlempar keluar dengan ganas. Supernova
melepaskan energi dalam jumlah yang hampir tak bisa dibayangkan. Selama periode
berhari-hari hingga berminggu-minggu, kilau ledakan supernova mungkin melampaui
kecerahan seluruh galaksi induk. Ledakan supernova rata-rata terjadi sekitar
seratus tahun sekali di sebuah galaksi. Sekitar 25 hingga 50 supernova
ditemukan setiap tahun terjadi di galaksi lain, tetapi terlalu jauh untuk
dilihat tanpa bantuan teleskop.
Bintang Neutron
 |
| Kredit: NASA/Dana Berry |
Jika
inti bintang yang runtuh di pusat supernova mengandung massa antara 1,4 hingga
3 kali lipat massa Matahari, fase keruntuhan inti bintang terus berlanjut
sampai elektron dan proton membentuk ikatan neutron, untuk kemudian
menghasilkan bintang neutron. Bintang neutron sangat padat, setara dengan kerapatan inti atom. Karena mengandung begitu banyak massa yang dikemas
dalam volume ruang yang sangat kecil, gravitasi di permukaan bintang
neutron sangat luar biasa.
Seperti
bintang katai putih yang telah dijelaskan di atas, jika terbentuk dalam sistem
bintang biner, bintang neutron dapat menarik dan melucuti molekul gas dari
bintang pengiring. Instrumen Rossi X-Ray
Timing Explorer telah menemukan emisi gas sinar-X yang berputar
mengitari bintang neutron dari jarak hanya beberapa mil.
Lubang hitam
 |
| Kredit: Pusat Penerbangan Antariksa Goddard NASA/Jeremy Schnittman |
Jika melampaui tiga kali lipat massa Matahari, inti bintang yang runtuh akan menjadi lubang hitam, benda langit paling padat di alam semesta
dengan gaya gravitasi tak terhingga, tak ada yang bisa meloloskan diri darinya,
bahkan termasuk cahaya sekalipun. Karena semua instrumen astronomi didesain
untuk mendeteksi foton, lubang hitam hanya dapat dideteksi secara tidak
langsung.
Para
astronom dapat melakukan observasi mengingat kuatnya gravitasi lubang hitam,
sehingga materi yang berada terlalu dekat dengannya, seringkali lapisan terluar
bintang pengiring dalam sistem biner, diseret secara paksa ke arahnya. Saat
mengarah ke lubang hitam, material membentuk piringan akresi sangat panas yang
memancarkan sinar-X dan sinar gamma dalam jumlah yang sangat besar. Interaksi
semacam ini mengungkap eksistensi lubang hitam yang bersembunyi.
Generasi Baru Bintang
Puing-puing
dan debu yang ditinggalkan oleh nova dan supernova, pada akhirnya akan menyatu
dengan gas dan debu antarbintang di sekitarnya, memperkaya variasi
senyawa kimia dan unsur-unsur berat yang dihasilkan selama proses mengerikan
kematian bintang. Semua material tersebut didaur ulang oleh alam dan
menyediakan building block bagi
bintang generasi baru beserta sistem planet yang menyertainya.
Ditulis
oleh: Staf science.nasa.gov
Sumber:
Stars
Komentar
Posting Komentar