Katai Coklat: Bintang Paling Dingin atau Planet Terpanas?

Meskipun memiliki campuran karakteristik antara bintang dan planet, katai coklat adalah entitas unik tersendiri. Ilustrasi katai coklat 2MASSJ22282889-431026 yang diamati oleh teleskop antariksa Spitzer dan Hubble NASA secara bersamaan.
Kredit: NASA/JPL-Caltech)

“Lebih besar dari planet, tapi aku bukan bintang. Lebih kecil dari bintang, tapi aku bukan planet. Siapakah aku?”

Pertanyaan ini bisa menjadi titik balik untuk memahami bagaimana para astronom mengklasifikasikan benda langit eksostis di alam semesta, sekaligus memberikan kesempatan untuk lebih memahami beberapa penghuni galaksi Bima Sakti yang paling aneh.

Jawabannya adalah, “Katai Coklat.”

Arti Nama Katai Coklat

Terlepas dari namanya, warna katai coklat sebenarnya tidak benar-benar coklat. Benda langit dengan massa mulai dari 12 kali lipat massa Jupiter hingga 50% massa Matahari ini memancarkan cahayanya sendiri, meskipun tidak terlalu terang. Katai coklat terbesar dan termuda tergolong cukup panas dan mampu memancarkan cahaya hangat dengan stabil. Dari kejauhan, bintang katai coklat mungkin tidak terlalu jauh berbeda dari bintang katai merah. Sebaliknya katai coklat terkecil dan tertua nyaris tak terlihat, hanya memancarkan radiasi yang bisa dideteksi pada spektrum inframerah. Tanpa bantuan peralatan astronomi memadai, seorang pengamat langit tak mungkin dapat melihatnya.

Sebagian besar katai coklat memancarkan cahaya lembut dengan rona magenta redup, membuat karakter mereka agak unik dibandingkan penghuni galaksi lainnya.

Tetapi tidak seperti bintang deret utama, katai coklat tidak bercahaya karena reaksi fusi nuklir di bagian inti. Cahaya dan panas yang dipancarkan katai coklat hanyalah sisa-sisa dari proses pembentukan awal. Bintang “gagal” karena tak mampu melakukan fusi nuklir itu dilahirkan dari keruntuhan awan gas dan debu (seperti halnya bintang deret utama), yang menghasilkan energi dalam jumlah cukup besar. Energi kemudian terperangkap dalam material awan gas dan debu yang runtuh karena gaya gravitasinya sendiri dan terkunci di dalam selama puluhan juta tahun. Panas menerobos keluar secara perlahan-lahan dan memancar ke ruang angkasa dalam wujud cahaya suam-suam kuku.

Seiring berkurangnya pasokan panas, katai coklat akan meredup dan mengalami pergeseran warna, dari merah ke magenta ke inframerah yang tak kasat mata. Semakin besar massa katai coklat saat dilahirkan, semakin banyak panas yang terperangkap, dan semakin lama katai coklat mengimitasi bintang sejati. Tapi takdir pamungkas yang menanti katai coklat selalu sama, terlepas dari massa ketika mereka dilahirkan.

Ambang Batas Massa

Mungkin tidak terlalu aneh jika ada ilmuwan yang tergoda untuk mengklasifikasikan katai coklat sebagai variasi aneh dari planet-planet raksasa. Lagipula, planet juga mendingin seiring waktu dan tidak memiliki sumber energi baru untuk menjaga panas agar tetap stabil selama miliaran atau triliunan tahun.

Tetapi sebagian besar katai coklat turut memainkan peran tersendiri yang tak tergantikan. Diperlukan ambang batas tertentu dalam hal massa (sekitar 80 kali massa Jupiter) bagi sebuah bintang untuk mencapai tekanan dan suhu yang begitu panas, sehingga bagian inti dapat melakukan aktivitas fusi nuklir hidrogen menjadi helium. Dan ada ambang batas yang jauh lebih rendah, sekitar 13 kali massa Jupiter, agar fusi nuklir yang sedikit berbeda dapat dimulai.

Dalam ambang batas rendah ini, deuterium (satu proton dan satu neutron yang direkatkan dalam sebuah nukleus) dapat dilebur oleh proton menjadi helium-3 untuk menghasilkan energi dalam jumlah yang tidak terlalu besar. Beberapa bintang dapat melakukan fusi nuklir deuterium secara singkat saat menghangat, tetapi katai coklat dapat menjaga proses ini lebih lama, meskipun tidak untuk selamanya. Katai coklat terbesar mengkonsumsi seluruh molekul deuterium hanya dalam waktu jutaan tahun, relatif singkat dalam skala waktu astronomi.  

Untuk alasan inilah, interior katai coklat tidak terpisah secara sempurna ke dalam lapisan-lapisan yang berbeda. Bintang-bintang seperti Matahari kita memiliki inti padat hidrogen dan helium, yang dikelilingi lapisan plasma didominasi radiasi energi dan dikelilingi oleh lapisan berikutnya, molekul sup panas yang mendidih. Tetapi katai coklat sama sekali tak memiliki lapisan-lapisan yang menyelimuti inti, hanya ada satu ujung konveksi yang mentransfer keluar masuk material dari jangkauan terdalam ke tepi ruang angkasa dan kembali lagi.

Jadi, setiap molekul deuterium di katai coklat yang berukuran besar akan terseret ke bagian pusat untuk diubah menjadi helium-3.

Sedangkan katai coklat yang berukuran lebih kecil, mendingin lebih cepat dan menurunkan suhu internal di bawah ambang batas yang dibutuhkan untuk mempertahankan reaksi fusi nuklir. Berarti molekul deuterium lebih cepat dilebur oleh katai coklat berukuran kecil.

Faktor Ukuran

Katai coklat dilahirkan seperti bintang deret utama lainnya, memancarkan panas untuk sementara waktu, bahkan kadang-kadang melakukan fusi di bagian inti. Jadi, adakah alasan untuk tidak menempatkan mereka sebagai bintang sejati?

Ada, ukuran sangat penting!

Meskipun ada yang mencapai 50 kali massa Jupiter, sebagian besar katai coklat berukuran kecil. Membayangkan 50 kali massa Jupiter mungkin sudah luar biasa besar, tetapi banyak pula katai coklat yang ukurannya tidak terlalu jauh berbeda dari tipikal planet raksasa gas.

Bintang mampu mempertahankan diri untuk tidak menyusut terlalu jauh, melalui reaksi berantai fusi nuklir di inti bintang. Energi yang dihasilkan mengimbangi tekanan gaya gravitasi yang menarik ke dalam dan menstabilkan bintang.

Katai coklat tidak memiliki karakteristik bintang sejati (tidak untuk jangka panjang). Dan tidak seperti planet, katai coklat juga tidak memiliki inti padat berbatu atau mantel dingin untuk menopang dirinya sendiri. Jadi, yang tersisa hanyalah gaya kuantum eksotis yang disebut “tekanan degenerasi”, tekanan yang bisa memampatkan begitu banyak partikel ke volume yang sangat kecil. Dalam hal ini, katai coklat sepenuhnya digerakkan oleh tekanan degenerasi, jadi ukuran mereka sangat minim jika dibandingkan bintang deret utama.

Batas antara planet raksasa dan bintang kecil tidak sekadar kabur, karena sesungguhnya inilah kelas objek baru, yang memiliki karakteristik bintang sekaligus planet.

Ditulis oleh: Paul Sutter, www.space.com

Sumber: Brown Dwarfs: The Coolest Stars or the Hottest Planets?

#terimakasihgoogle