Bintang Dwarf Putih Melemparkan Pesta Kejutan

Ledakan Supernova menandai pergolakan "kematian" bintang-bintang setelah mereka menghabiskan pasokan bahan bakar sekering nuklir yang diperlukan, dan mengamuk di malam yang baik itu. Seringkali, nenek moyang supernova adalah bintang masif yang mengandung inti besi-nikel yang sangat berat dengan berat 1,4 kali massa Matahari kita. Namun, bintang-bintang yang lebih kecil, seperti Matahari kita, tidak binasa dalam keindahan mengerikan dan kemarahan ledakan supernova seperti saudara bintang mereka yang lebih masif - setidaknya, tidak ketika mereka sendirian, bintang-bintang kecil yang kesepian seperti kita. Sayangnya, ketika bintang kecil seperti Matahari "hidup" dalam sistem biner dengan bintang "masih" lainnya, itu adalah pesta liar yang akan terjadi. Pada bulan Desember 2018, astrofisikawan yang menggunakan Chandra X-ray Observatory NASA, mengumumkan bahwa mereka telah mendeteksi ledakan sinar-X yang terang dari bintang yang mendiami Small Magellanic Cloud (SMC). SMC adalah galaksi satelit kecil terdekat dari Bima Sakti kita, dan terletak hampir 200.000 tahun cahaya dari Bumi. Kombinasi data sinar-X dan optik menunjukkan bahwa sumber ledakan radiasi ini adalah bintang katai putih yang mungkin merupakan bintang katai putih dengan pertumbuhan tercepat yang pernah diamati. Studi baru ini dari white dwarf bernama ASASSN-16oh memberikan penjelasan yang berharga untuk apa yang disebut supersoft X-ray yang terdeteksi berasal dari bintang "mati" yang menarik ini. Penemuan ini dibuat oleh All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASASSIN).

Tidak seperti Matahari kita, kebanyakan bintang tidak "hidup" sendirian. Sebagian besar bintang Galaxy kita adalah anggota dari beberapa sistem bintang - seperti sistem biner, yang berisi duo bintang yang menari dengan cermat. Jika kedua bintang itu cukup dekat satu sama lain, dan salah satu dari bintang-bintang itu adalah katai putih yang padat, gravitasinya yang kuat dapat menyedot bahan dari bintang pendamping yang masih hidup - dan korban.

Katai putih adalah hantu bintang padat yang berukuran hampir sama dengan Bumi, tetapi mengandung massa yang sama dengan Matahari kita, dikompresi menjadi volume kecil. Dengan demikian, gravitasi di permukaan bintang-bintang "mati" ini cukup kuat untuk menyedot materi dari bintang pendamping yang tidak beruntung dan masih hidup.

Dalam sekitar 5 miliar tahun, Matahari kita akan kehabisan pasokan bahan bakar sekering nuklir yang diperlukan dan - setelah tahap raksasa merahnya yang membengkak - akan menyusut dan menyusut, berevolusi menjadi bintang katai putih kerdil putih yang jauh lebih kecil. Matahari masa depan kita, pada tahap ini, hanya akan memiliki ukuran yang sama dengan Bumi, dan karena materi ini telah dikemas dalam volume yang sangat kecil, gravitasi permukaannya akan beberapa ratus ribu kali lebih kuat daripada Bumi. Namun, Matahari kita tidak akan pernah menjadi supernova karena tidak memiliki bintang pendamping. Matahari kita ditakdirkan untuk binasa dengan keindahan luar biasa dan kedamaian relatif. Dalam tahap katai putihnya, Bintang kita akan dikelilingi oleh kain kafan yang indah dan beraneka warna yang berkilau yang dulu merupakan lapisan luarnya. Kain kafan bintang seperti itu sering disebut sebagai "kupu-kupu Alam Semesta" oleh para astronom sebagai penghormatan atas kecantikan mereka yang luar biasa.

Studi baru didasarkan pada pengamatan yang dilakukan oleh para astronom menggunakan Chandra dan Neil Gehrels Swift Observatory. Studi ini melaporkan penemuan emisi sinar-X khas yang berasal dari ASASSN-16oh, yang sebenarnya merupakan sistem biner, yang terdiri dari duo bintang katai putih. Penemuan penting melibatkan deteksi sinar-X lunak (energi rendah), yang diciptakan oleh gas pada suhu beberapa ratus ribu derajat. Sebaliknya, sinar-X energi yang lebih tinggi mengungkapkan fenomena pada suhu puluhan juta derajat. Namun, emisi sinar-X dari ASASSN-16oh jauh lebih terang daripada sinar-X yang hanya diproduksi oleh atmosfer bintang normal. Ini menempatkan ASASSN-16oh dalam kategori khusus sumber sinar-X supersoft.

Bintang-bintang Katai Putih

Sebagai bintang kecil seperti Matahari yang sudah hancur, mendekati akhir dari fase pembakaran nuklirnya, ia membuang material luarnya - yang menjadi nebula planet sekitarnya dan indah. Hanya inti "mati" yang tersisa untuk menceritakan kisah sedih tentang eksistensinya yang berkilau. Inti menjadi kerdil putih panas yang membakar, dengan suhu pemanggangan di atas 100.000 Kelvin. Jika bintang itu sepi, seperti Matahari kita, dan tidak mendapatkan materi dari saudara dekat bintang biner yang menjadi korban, kurcaci putih akan terus mendingin selama satu miliar tahun ke depan - atau lebih. Banyak kerdil putih muda di dekatnya telah terlihat sebagai sumber sinar-X yang lembut dan berenergi rendah. Baru-baru ini, baik sinar-X lembut dan pengamatan ultraviolet ekstrim telah digunakan oleh para astronom dalam upaya mereka untuk memahami komposisi dan struktur atmosfer tipis yang dimiliki oleh hantu bintang ini.

Bintang katai putih yang khas adalah sekitar 200.000 kali lebih padat dari Bumi. Hal ini menjadikan white dwarf sebagai kumpulan materi terpadat kedua, hanya dilampaui oleh bintang-bintang neutron. Bintang-bintang neutron adalah peninggalan seukuran kota yang ditinggalkan oleh bintang-bintang yang lebih masif dari Matahari kita. Satu sendok teh penuh dengan hal-hal bintang neutron yang padat berbobot sebesar kebanggaan singa.

Bintang katai putih tidak dapat menciptakan tekanan internal yang berasal dari pelepasan energi dari fusi nuklir. Ini karena fusi telah berhenti, dan tekanan internal diperlukan untuk menjaga bintang yang "masih hidup" bergoyang melawan tarikan tanpa ampun dari gravitasinya yang tanpa henti. Semua bintang, berapapun massanya, harus menjaga keseimbangan yang berharga antara dua kekuatan yang berjuang melawan tekanan radiasi dan gravitasi. Gravitasi menang pada akhirnya, ketika fusi berhenti, dan itu memadatkan materi bintang yang terkutuk ke dalam sampai bahkan elektron yang membentuk atom-atom kerdil putih terjepit bersama. Dalam keadaan normal, elektron identik (artinya elektron dengan "putaran" yang sama) tidak dapat menempati tingkat energi yang sama. Karena hanya ada dua cara elektron dapat berputar, hanya dua elektron yang dapat menempati tingkat energi tunggal. Istilah untuk ini, digunakan oleh fisikawan, adalah Prinsip Pengecualian Pauli. Dalam kasus gas normal, ini bukan masalah. Ini karena tidak ada cukup elektron yang menari-nari untuk mengisi semua tingkat energi sepenuhnya. Namun, dalam kasus bintang katai putih, kepadatannya jauh lebih tinggi, dan semua elektron dihancurkan lebih dekat bersama-sama. Ini disebut gas degenerasi. Ini pada dasarnya berarti bahwa atom diisi dengan elektron. Agar gravitasi menekan bintang kerdil putih lebih jauh, ia harus memaksa elektron untuk pergi ke tempat yang tidak dapat dituju. Sekali sebuah bintang merosot, gravitasi tidak dapat mengompresnya lebih jauh. Ini karena mekanika kuantum menyatakan bahwa tidak ada lagi ruang yang tersedia untuk digunakan. Oleh karena itu, bintang katai putih berhasil bertahan. Relik bintang padat kecil ini tidak bertahan hidup karena fusi internal, tetapi oleh prinsip-prinsip mekanika kuantum yang mencegahnya mengalami keruntuhan total. Mekanika kuantum adalah studi matematika tentang mekanika partikel subatomik.

Materi yang merosot memperlihatkan beberapa sifat yang sangat aneh. Misalnya, semakin besar bintang katai putih, semakin kecil. Ini karena semakin banyak massa yang dimiliki oleh katai putih, semakin banyak elektronnya harus terjepit bersama untuk mempertahankan tekanan luar yang memadai untuk mendukung massa ekstra. Namun, ada batasan jumlah massa yang bisa dimiliki bintang katai putih. Subrahmanyan Chandrasekhar (1910-1995) menemukan batas ini menjadi 1,4 kali massa matahari. Ini secara tepat disebut Batas Chandrasekhar. Chandrasekhar adalah seorang astrofisikawan India-Amerika yang menghabiskan kehidupan profesionalnya di Amerika Serikat. Dia dianugerahi Hadiah Nobel Fisika 1983, bersama dengan fisikawan nuklir Amerika William Fowler (1911-1995) untuk "studi teoretis tentang proses fisik bintang." Observatorium Sinar-X Chandra juga dinamai Chandrasekhar.

Dengan gravitasi permukaan 100.000 kali Bumi, atmosfer bintang kerdil putih itu aneh. Ini karena atom yang lebih berat di atmosfer anehnya tenggelam, sedangkan atom yang lebih ringan tetap berada di permukaan. Beberapa katai putih telah ditemukan memiliki atmosfer hidrogen atau helium yang hampir murni - hidrogen adalah unsur atom yang paling ringan, dan helium yang paling ringan kedua. Selain itu, kekuatan tanpa henti dari gravitasi dwarf putih yang kuat menarik atmosfer di sekitarnya untuk membentuk lapisan yang sangat ramping. Jika fenomena yang agak aneh ini terjadi di Bumi, puncak atmosfer akan berada di bawah puncak gedung pencakar langit Kota New York.

Para ilmuwan mengusulkan bahwa ada kerak setebal 50 kilometer di bawah atmosfer aneh banyak bintang katai putih. Di bagian bawah kerak yang masih hipotetis ini akan ada kisi kristal yang terdiri dari atom karbon dan oksigen. Karena berlian adalah karbon yang dikristalisasi, orang mungkin membuat perbandingan antara karbon kerdil putih oksigen / oksigen dan berlian yang sangat besar.

Pesta Kejutan Stellar

Selama bertahun-tahun, para astronom telah mengusulkan bahwa emisi sinar-X supersoft dari bintang katai putih diproduksi sebagai produk fusi nuklir dalam lapisan panas dan sangat padat yang terdiri dari hidrogen dan inti helium. Bahan yang sangat mudah menguap ini terakumulasi sebagai akibat dari kesalahan materi, yang berasal dari bintang pendamping yang malang, yang berjungkir balik ke permukaan katai putih yang mirip vampir. Ini memicu ledakan fusi nuklir yang mirip dengan bom hidrogen.

Namun, pengamatan ASASSIN mengungkapkan ada lebih dari itu. Sistem biner bintang sinar-X supersoft awalnya ditemukan oleh survei otomatis ini, yang merupakan kumpulan sekitar 20 teleskop optik yang tersebar di seluruh dunia yang secara otomatis mensurvei seluruh langit setiap malam mencari ledakan supernova dan peristiwa sementara lainnya. Para astronom kemudian menggunakan Chandra dan Swift untuk melihat emisi X-ray supersoft.

"Di masa lalu, sumber-sumber supersoft semuanya telah dikaitkan dengan fusi nuklir di permukaan katai putih," komentar pemimpin penelitian, Dr. Tom Maccarone dalam Siaran Pers Chandra-Harvard, 4 Desember 2018. Maccarone adalah seorang profesor di Departemen Teknologi Fisika & Astronomi Texas Tech yang memimpin makalah baru yang diterbitkan dalam jurnal Nature Astronomy edisi 3 Desember 2018.

Jika, memang, fusi nuklir adalah penyebab sinar-X supersoft dari ASASSN-16oh maka seharusnya dipicu oleh ledakan dan emisi seharusnya datang dari seluruh permukaan aneh bintang kerdil putih. Namun, cahaya optik tidak meningkat cukup cepat menjadi hasil ledakan dan data Chandra mengungkapkan bahwa emisi berasal dari daerah yang lebih kecil dari seluruh permukaan bintang katai putih yang membingungkan dan membingungkan ini. Selain itu, sumbernya seratus kali lebih redup dalam cahaya optik dibandingkan dengan katai putih yang diketahui mengalami fusi nuklir di permukaannya. Pengamatan ini, ditambah kurangnya bukti untuk gas yang berputar menjauh dari katai putih, memberikan argumen kuat terhadap fusi yang terjadi.

Karena itu, tidak ada tanda-tanda fusi nuklir hadir. Untuk alasan ini, penulis makalah ini menyajikan skenario alternatif. Seperti dengan penjelasan fusi, kurcaci putih secara gravitasi menarik materi dari bintang pendamping yang tidak beruntung, dalam hal ini raksasa merah. Selama proses ini, disebut akresi, gas secara gravitasi ditarik ke cakram besar yang mengelilingi kurcaci putih - dan itu menjadi lebih panas, lebih panas, dan lebih panas, saat ia berputar menuju kerdil putih yang padat. Gas kemudian jatuh ke bintang "mati". Ini menghasilkan sinar-X di sepanjang sabuk di mana disk menyentuh bintang. Laju aliran masuk materi melalui disk bervariasi dalam jumlah besar. Ketika bahan mulai mengalir lebih cepat, kecerahan sistem sinar-X tumbuh jauh lebih tinggi.

"Pemindahan massa terjadi pada tingkat yang lebih tinggi daripada dalam sistem apa pun yang kita tangkap di masa lalu," tambah Dr. Maccarone dalam Siaran Pers Chandra-Harvard, 4 Desember 2018.

Jika kurcaci putih terus mencuri massa dari bintang merah raksasa yang menjadi korbannya, ia akan membayar kejahatannya. Ini karena ia akan mencapai batas massa dan "menjadi kritis" - meledakkan dirinya dalam ledakan supernova Tipe Ia. Supernova Tipe Ia adalah peristiwa yang digunakan untuk menemukan bahwa perluasan Alam Semesta semakin cepat. Tim analisis astronom menunjukkan bahwa katai putih sudah luar biasa besar. Untuk alasan ini, para ilmuwan berpikir bahwa ASASSN-16oh mungkin relatif dekat dengan supernova.

"Hasil kami bertentangan dengan konsensus selama puluhan tahun tentang bagaimana emisi supersoft X-ray dari white dwarf diproduksi. Kita sekarang tahu bahwa emisi sinar-X dapat dibuat dengan dua cara berbeda: dengan fusi nuklir atau dengan penambahan materi dari suatu pendamping, "rekan penulis studi Dr. Thomas Nelson (University of Pittsburgh, Pennsylvania) berkomentar dalam Siaran Pers Chandra-Harvard pada 4 Desember 2018.

Judith E. Braffman-Miller adalah seorang penulis dan astronom yang artikelnya telah ditulis sejak 1981 di berbagai majalah, surat kabar, dan jurnal. Meskipun dia telah menulis tentang berbagai topik, dia sangat suka menulis tentang astronomi karena itu memberinya kesempatan untuk berkomunikasi dengan orang lain beberapa dari banyak keajaiban di bidangnya. Buku pertamanya, "Wisps, Ashes, and Smoke," akan segera diterbitkan.

Share this post