[비즈한국] Jika harus memilih dua momen paling istimewa dalam hidup seseorang, tidak diragukan lagi itu adalah hari kelahiran dan hari kematiannya. Hal yang sama juga berlaku dalam kehidupan bintang. Bintang pun lahir dan mati seperti kita. James Webb, Hubble, dan semua teleskop luar angkasa mengarahkan pandangannya pada kancah kelahiran dan kematian bintang yang gemilang. Tempat terjadinya kelahiran dan kematian bintang jelas merupakan salah satu pemandangan paling indah di alam semesta yang bisa dilihat oleh teleskop.
Teleskop Luar Angkasa Hubble, yang pertama kali meluncur ke orbit pada tahun 1990, kini telah memasuki usia tiga puluh empat tahun. Jika diibaratkan manusia, ini bukanlah usia yang terlalu muda lagi. Berkat pengamatan alam semesta selama sepertiga abad, Teleskop Luar Angkasa Hubble kini mampu menunjukkan perubahan yang terjadi di alam semesta. Jika kita menyambungkan gambar-gambar bintang yang sama yang diamati selama bertahun-tahun, kita dapat melihat sesuatu berubah bentuk atau posisinya seolah-olah sedang menonton gambar bergerak (GIF).
Tentu saja, kehidupan bintang berjalan jauh lebih lambat dibandingkan manusia. Masa hidup bintang mencapai puluhan juta hingga miliaran tahun. Oleh karena itu, sangat sulit untuk melihat perubahan yang berarti dalam waktu singkat hanya 30 tahun. Namun, momen kelahiran dan kematian bintang adalah saat-saat paling ekstrem dalam hidupnya. Bahkan bintang yang biasanya hidup dengan lambat dan tenang pun menunjukkan sisi yang paling hebat dan penuh gejolak. Bintang-bintang berubah cukup cepat sehingga teleskop Hubble pun dapat mendeteksi perubahan yang berarti. Baru-baru ini, pemandangan indah yang diamati oleh Hubble telah dirilis.
Ada bintang bernama ‘R Aquarii’ yang berjarak 1000 tahun cahaya ke arah rasi bintang Aquarius. Dengan mengumpulkan data yang diamati oleh Teleskop Luar Angkasa Hubble selama sekitar 9 tahun dari 2014 hingga 2023, keberadaan jet energi yang menyembur ke segala arah dari bintang ini telah dikonfirmasi. Tempat ini adalah sistem bintang biner yang terdiri dari katai putih yang sudah selesai berevolusi dan raksasa merah yang sedang dalam masa evolusi. Secara khusus, ini adalah biner simbiotik di mana bintang yang lebih berat masuk terlalu dekat ke batas Roche katai putih, sehingga massa bintang ditarik dengan cepat ke arah katai putih.
Karena sejumlah besar materi dari raksasa merah terserap ke arah katai putih, katai putih menjadi tidak stabil dan membentuk jet energi panjang di kedua sisinya. Nebula yang tadinya menyelimuti bintang tersebut terhempas oleh jet yang kuat, menciptakan nebula dan puing-puing dengan bentuk yang unik di sekitarnya. Kedua bintang yang membentuk sistem biner ini saling mengorbit dalam periode sekitar 44 tahun. Fenomena jet yang semakin kuat dan bintang yang semakin terang terjadi berulang kali setiap kali jarak keduanya semakin dekat saat mengorbit. Jika kita melihat foto-foto yang diambil oleh Hubble selama 9 tahun, kita bisa melihat perubahan kecerahan di pusat nebula, dan pada saat yang sama, materi menyebar ke segala arah seolah-olah sedang melihat video langsung.
Terkadang, letusan materi yang hebat dapat memicu fenomena yang terlihat seperti bintang meledak, yang dikenal sebagai nova. Namun, tidak ada catatan resmi ledakan nova di lokasi R Aquarii yang sebenarnya. Meskipun para astronom Jepang sekitar tahun 930 M meninggalkan catatan tentang sesuatu yang dicurigai sebagai nova di lokasi bintang ini, hal itu belum pasti. Jika kita melacak aliran semburan jet bintang yang diidentifikasi melalui pengamatan Teleskop Luar Angkasa Hubble kali ini ke belakang, ada kemungkinan terjadi ledakan hebat sekitar 1100 tahun yang lalu. Raksasa merah di pusatnya bisa menjadi hingga 750 kali lebih terang dalam setahun, jadi jika sebesar itu, seharusnya bisa dilihat dengan mata telanjang pada masa itu. Dan ada kemungkinan besar bahwa kecerahannya perlahan meredup selama beberapa bulan dan tercatat oleh orang-orang pada masa itu.
Selain biner yang bergejolak, ledakan supernova di mana sebuah bintang meledak dan menghilang sepenuhnya adalah fenomena kuat yang tidak boleh dilewatkan. Cahayanya bahkan bisa dilihat dari jarak yang jauh. Catatan sejarah umat manusia sejak lama terkadang memuat kesaksian tentang supernova. Pada tahun 1181, para astronom Tiongkok menemukan bintang redup yang muncul tiba-tiba di dekat arah rasi bintang Cassiopeia saat ini. Itu adalah apa yang disebut 'bintang tamu' yang muncul tiba-tiba seolah-olah sebagai tamu yang tidak terduga, padahal sebelumnya tidak terlihat.
Memasuki abad ke-21, para astronom berburu jejak yang ditinggalkan oleh supernova yang tercatat dalam sejarah Tiongkok kuno tersebut. Jika ada ledakan supernova sekitar 850 tahun yang lalu, puing-puingnya seharusnya tersisa di suatu tempat. Para astronom menjalankan proyek sains warga yang mengeksplorasi data teleskop luar angkasa inframerah WISE yang kini sudah pensiun dengan bantuan warga. Seorang astronom amatir bernama Dana Patchick yang berpartisipasi dalam proyek tersebut menemukan sisa gas baru di dekat rasi bintang Cassiopeia. Objek langit yang dinamai Pa 30, yang berarti objek ke-30 yang ditemukannya, diyakini sebagai sisa-sisa ledakan supernova yang tercatat dalam sejarah tahun 1181.
Saat Pa 30 pertama kali ditemukan, para astronom mengira itu adalah nebula planet yang tersisa setelah kematian bintang yang relatif ringan. Namun, bentuknya sangat unik. Itu tampak seperti tentakel panjang yang membentang lurus dari dalam ke luar ke segala arah. Selain itu, di pusatnya hidup katai putih yang sangat panas. Suhu permukaan katai putih mencapai hampir 200.000 derajat. Dibandingkan dengan permukaan matahari yang hanya 5.000~6.000 derajat, itu hampir 40 kali lebih panas. Ini adalah tingkat suhu tertinggi di antara bintang-bintang yang pernah ditemukan sejauh ini. Ekspansi materi yang menyebar ke luar bintang pusat dengan kecepatan sangat tinggi mencapai 16.000 km/s telah teramati. Ini menunjukkan bahwa tempat ini adalah sisa-sisa supernova yang menyebar akibat ledakan yang kuat.
Namun, jika ini benar-benar lokasi ledakan supernova, muncul pertanyaan penting. Bagaimana mungkin katai putih di pusatnya tidak hancur dan tetap utuh setelah ledakan?
Para astronom memperkirakan ini adalah jenis supernova tipe Iax yang sangat langka. Diketahui bahwa supernova ini tidak meledak karena satu bintang berat runtuh sendirian, melainkan karena dua katai putih bertabrakan satu sama lain. Ledakan seperti ini meninggalkan katai putih raksasa yang sangat besar di pusatnya, memungkinkan sebagian bintang tetap hidup meskipun terjadi ledakan. Oleh karena itu, ia terkadang disebut sebagai bintang zombi karena artinya bintang yang tidak mati. Bintang zombi sangat tidak stabil. Kemungkinan besar ia memuntahkan angin bintang yang kuat ke segala arah. Para astronom memperkirakan ada kemungkinan bintang ini akan mengalami ledakan supernova sekali lagi di masa depan.
Di Pa 30 juga terdeteksi kandungan nikel. Keberadaan nikel dapat menjelaskan mengapa bintang pusat mempertahankan suhu yang sangat panas. Isotop radioaktif nikel yang tidak stabil dapat menghasilkan panas yang sangat besar saat meluruh. Namun, ada satu masalah penting: waktu paruh isotop nikel untuk peluruhan radioaktif hanya sekitar 6 hari. Jadi dalam kasus normal, isotop nikel seharusnya tidak bertahan lama dan menghilang dengan cepat. Namun, jika itu adalah katai putih yang runtuh dan mempertahankan tekanan yang sangat tinggi, isotop nikel dapat terus dipertahankan. Hal ini dikarenakan nikel yang runtuh terus menangkap elektron lain sehingga dapat terus meluruh selama berabad-abad.
Baru-baru ini, para astronom mengamati sisa supernova Pa 30 lebih dekat melalui pengamatan Cosmic Web Imager (KCWI) menggunakan teleskop Keck di Hawaii. Menariknya, struktur tentakel ini tampak tidak berkurang kecepatannya sejak pertama kali menyebar ke segala arah dan terus meluas dengan kecepatan tinggi. Materi menyebar seolah-olah rudal balistik ditembakkan ke segala arah. Itu berarti ini adalah jejak yang tersisa setelah materi yang sangat besar dan berat ditembakkan langsung dari pusatnya sejak lama.
Video ini adalah model 3D sisa supernova Pa30 yang direkonstruksi berdasarkan hasil pengamatan terbaru. Secara khusus, para astronom menganalisis ke arah mana dan seberapa cepat setiap tentakel menyebar berdasarkan data spektroskopi yang dikonfirmasi dalam spektrum inframerah. Melalui ini, mereka mengidentifikasi tentakel yang mendekati Bumi dan tentakel yang menjauh, lalu mewujudkannya dalam bentuk 3D. Di tengah-tengah berbagai tentakel yang membentang panjang ke segala arah, terdapat katai putih panas yang masih hidup dan menggumpal. Materi tentakel yang membentang ke segala arah telah terbang lurus ke satu arah sejak sekitar 800 tahun yang lalu. Hasil pelacakan mundur kecepatan dan arah penyebaran tentakel menunjukkan bahwa titik di mana materi yang menyebar ke segala arah berkumpul di pusat adalah sekitar tahun 1151 ± 75. Dengan kata lain, ini berarti ledakan supernova benar-benar terjadi sekitar tahun 1151. Hal ini sangat cocok dengan waktu yang tercatat dalam dokumen sejarah Tiongkok.
Pengamatan tambahan ini juga menunjukkan fakta menarik lainnya. Pertama, di tengah-tengah sisa supernova terdapat lubang kosong dengan materi yang relatif sedikit. Materi yang menyebar membentuk tentakel tidak mulai menyebar tepat dari tengah sisa supernova pada awalnya. Ia mulai menyebar dari titik yang sedikit keluar dari pusat. Sebenarnya, itu tidak menyebar dari lokasi di mana katai putih asli berada. Diperkirakan bahwa ledakan supernova pusat terjadi dan struktur semacam cangkang yang menyelimuti area tersebut mengembang, menyebabkan pelepasan balistik yang sangat kuat ke segala arah.
Sementara itu, perbedaan besar juga ditemukan antara kecepatan balistik yang menyebar membentuk tentakel dengan kecepatan sisa gas yang menyebar ke segala arah. Materi gas yang dipancarkan dari katai putih pusat menyebar dengan kecepatan sangat cepat hampir 16.000 km/s, sedangkan kecepatan objek yang menyebar membentuk tentakel panjang di sekelilingnya tidak mencapai sepersepuluh dari kecepatan tersebut, yaitu hanya 600~1.000 km/s. Hal ini dapat dipikirkan karena objek yang terkena pelepasan balistik jauh lebih berat massanya daripada materi gas biasa. Namun, sulit untuk mengetahui apa sebenarnya "bola meriam" tersebut.
Yang lebih menarik lagi adalah jika kita melihat distribusi kecepatan yang dipahami untuk menggambar peta 3D kali ini, distribusi kecepatan pelepasan balistik ini tidak simetris sempurna. Kecepatan tentakel yang menyebar ke segala arah berbeda hingga 40% tergantung pada arahnya. Tampaknya telah terjadi ledakan yang sangat asimetris di mana materi dikeluarkan lebih cepat ke arah tertentu.
Sungguh mengejutkan bahwa jika kita melihat kembali langit malam di tempat yang sama persis di mana manusia purba menyaksikan sesuatu dan mencatatnya dengan menarik dengan teleskop yang jernih saat ini, kita dapat melihat sisa-sisa dan jejak yang tampak seperti sesuatu yang meledak lama sekali. Bagi umat manusia, itu adalah peristiwa yang terjadi dengan jarak yang sangat jauh melintasi puluhan generasi, tetapi secara astronomis, kita sedang memandangi satu fenomena yang sama selama seribu tahun. Ledakan terjadi lama sekali dan sisa-sisanya masih menyebar ke ruang angkasa. Kita terhubung dengan nenek moyang kita 1.000 tahun yang lalu melalui ledakan satu bintang. Bintang yang sama yang meledak di tempat yang sama masih memberikan kejutan bagi umat manusia yang telah hidup di Bumi selama lebih dari seribu tahun.
Secara khusus, kematian dan kelahiran bintang adalah momen paling dinamis di alam semesta. Berbeda dengan fenomena lain yang biasanya terjadi dalam skala puluhan juta hingga ratusan juta tahun, kematian dan kelahiran bintang terjadi dalam skala puluhan hingga ratusan tahun yang relatif manusiawi. Jadi, jika umat manusia sedikit bersabar, kita bisa melihat wujud alam semesta yang berubah secara real-time.
Referensi
https://www.keckobservatory.org/dandelion-supernova/
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad713b
https://esahubble.org/videos/v-r-aquarii_1/
Siapakah penulis Ji Woong-bae? Ia mencintai kucing dan alam semesta. Saat kecil, ia menonton 'Galaxy Express 999' dan memiliki mimpi untuk memberitahukan keindahan alam semesta. Saat ini, ia meneliti evolusi melalui interaksi galaksi di Pusat Penelitian Evolusi Galaksi dan Laboratorium Kosmologi Dekat di Universitas Yonsei, serta aktif dalam berbagai kegiatan komunikasi sains seperti ceramah dan penulisan. Ia telah menulis buku seperti ‘Observatorium yang Sedang PDKT’, ‘Berpikir Tentang Alam Semesta Sepanjang Hari’, dan ‘Bintang, Sains Cahaya’.