[BizHanKook] Di langit, ada bintang-bintang yang berwarna-warni. Cahaya memiliki panjang gelombang dan warna yang berbeda-beda—me-ji-ku-hi-bi-ni-u—tergantung pada suhunya. Karena setiap bintang memiliki suhu yang berbeda, mereka bersinar dengan warna yang beragam. Namun, jika diperhatikan dengan saksama, ada sesuatu yang terasa ganjil. Ada satu warna yang jelas ada dalam spektrum pelangi, tetapi tidak dapat ditemukan di langit malam. Yaitu warna hijau. Di langit, ada bintang merah, kuning, dan biru, tetapi tidak ada bintang hijau. Selama ini, hijau dikenal sebagai warna yang mustahil ada di dunia bintang.
Namun, baru-baru ini sebuah argumen menarik yang mematahkan asumsi tersebut telah diumumkan. Argumen itu menyatakan bahwa ada bintang yang, jika dilihat oleh mata manusia, dapat tampak cukup hijau. Bahkan, bintang berwarna merah muda dan ungu pun dimungkinkan. Mengapa selama ini para astronom mengatakan bintang hijau itu mustahil ada? Dan mengapa tiba-tiba bintang hijau muncul sekarang?
Pertama-tama, mari kita lihat mengapa selama ini bintang hijau dianggap tidak ada. Warna bintang seperti Matahari pada dasarnya ditentukan oleh suhu permukaannya. Bintang yang suhunya lebih rendah cenderung berwarna merah dan oranye, dan jika semakin panas, warnanya mendekati putih lalu berubah menjadi kebiruan. Hal ini terjadi karena bintang memancarkan cahaya sebagai benda hitam yang, meski tidak sempurna, dianggap mendekati ideal.
Spektrum cahaya yang dipancarkan benda hitam terdistribusi secara kontinu pada rentang panjang gelombang yang luas. Meskipun panjang gelombang dengan energi pancaran tertinggi berubah sesuai suhu, bukan berarti bintang hanya memancarkan cahaya pada panjang gelombang puncak tersebut. Bintang juga memancarkan cahaya pada panjang gelombang yang lebih pendek dan lebih panjang di kedua sisi titik puncak tersebut.
Jika kita memetakan seberapa kuat energi cahaya yang dipancarkan Matahari berdasarkan panjang gelombangnya, titik puncaknya berada di sekitar panjang gelombang warna hijau. Namun, Matahari tidak terlihat berwarna hijau. Hal ini karena cahaya biru dan merah—yang panjang gelombangnya sedikit lebih pendek dan lebih panjang dari hijau—juga dipancarkan dalam jumlah yang setara. Mata kita merasakan hasil dari penerimaan semua cahaya ini secara bersamaan sebagai sebuah warna. Jika warna hijau, merah, dan biru bercampur, hasilnya bukanlah hijau, melainkan putih. Tiga jenis sel kerucut di mata kita menangkap cahaya dari tiga warna dasar ini, dan otak menggabungkannya untuk menciptakan persepsi warna secara keseluruhan.
Oleh karena itu, jika kita membandingkan warna bintang seiring perubahan suhunya, ia akan berubah dari merah, melalui putih (bukan hijau), menjadi biru. Agar sebuah bintang tampak berwarna hijau, ia harus tidak memancarkan cahaya sama sekali di panjang gelombang merah dan biru di kedua sisi, dan hanya memancarkan cahaya secara tajam tepat di panjang gelombang hijau. Hal ini mungkin terjadi jika bentuknya seperti garis emisi atom. Contohnya adalah molekul oksigen yang hanya memancarkan cahaya pada panjang gelombang hijau, itulah sebabnya kita bisa melihat aurora hijau di wilayah kutub. Namun, hal ini mustahil terjadi pada radiasi benda hitam seperti bintang yang memancarkan cahaya secara lembut dan merata di spektrum yang luas. Begitulah anggapan kita selama ini.
Namun, situasinya bisa berubah jika atmosfer bintang menyerap cahaya pada panjang gelombang tertentu dengan sangat kuat. Jika seharusnya warna merah, biru, dan hijau bercampur menjadi cahaya putih, tetapi warna merah dan biru diserap kembali, maka hanya cahaya hijau yang tersisa. Situasi istimewa ini bisa terjadi pada katai putih (white dwarf), yaitu sisa-sisa bintang seperti Matahari setelah menyelesaikan evolusinya.
Atmosfer katai putih yang berada di bawah gravitasi kuat menjadi sangat padat. Terutama pada atmosfer helium yang sudah cukup dingin, partikel-partikel menumpuk dengan rapat dan berinteraksi kuat dengan unsur-unsur lain yang tercampur di dalamnya. Tentu saja, pada bintang biasa, unsur-unsur di atmosfer juga menyerap cahaya pada panjang gelombang tertentu, meninggalkan garis serapan gelap pada spektrum. Namun, jika garis serapan tersebut relatif sempit, hal itu tidak banyak memengaruhi warna keseluruhan bintang yang terlihat oleh mata.
Akan tetapi, pada beberapa katai putih, garis serapan ini menyebar ke panjang gelombang yang lebih luas. Akibatnya, kombinasi warna keseluruhan dari cahaya bintang berubah, menciptakan warna unik yang tidak bisa diprediksi hanya dari suhunya saja.
Penelitian kali ini menganalisis cahaya yang keluar dari katai putih serta cahaya yang diserap, lalu menghubungkannya secara langsung dengan indra warna manusia. Mereka menghitung secara presisi panjang gelombang cahaya apa yang akan keluar dan menganalisis bagaimana cahaya tersebut akan terlihat jika dipandang oleh mata manusia. Jadi, sebenarnya ini bukan berarti memotret bintang yang memancarkan cahaya hijau asli. Ini adalah penelitian yang merekonstruksi bagaimana bintang tersebut akan terlihat jika kita melihatnya dari dekat dengan mata telanjang.
Bintang tersebut adalah WD J1330+6435. Suhu efektif permukaannya sekitar 4240K (Kelvin). Ini adalah katai putih yang sedikit lebih dingin daripada Matahari. Atmosfer helium bintang ini tercampur dengan unsur natrium dan kalium. Unsur-unsur berat yang ditemukan di atmosfer katai putih ini umumnya diduga sebagai sisa-sisa material batuan dari planet di sekitarnya yang tertelan oleh bintang tersebut.
Biasanya, karena gravitasi yang kuat, unsur-unsur berat seperti ini akan tenggelam ke bawah atmosfer. Namun, jika bintang tersebut terus "menggerogoti" sisa-sisa asteroid di sekitarnya, material baru akan terus masuk, sehingga unsur-unsur berat tersebut tetap banyak tertinggal di permukaan bintang hingga saat ini. Biasanya, natrium menyerap cahaya kuning di sekitar 589nm. Di atmosfer yang padat, garis serapan ini melebar karena interaksi dengan partikel di sekitarnya, sehingga dapat menyerap dengan kuat hingga ke sisi oranye. Ini disebut sebagai pelebaran garis tekanan (pressure broadening). Kalsium menyerap cahaya di sisi ungu. Hasilnya, rasio warna dalam spektrum cahaya bintang ini berubah, dan secara keseluruhan tampak berwarna hijau kekuningan seperti bola tenis. Bukan berarti cahaya yang keluar 100% sempurna berwarna hijau. Karena warna oranye dan ungu hampir hilang, cahaya yang tersisa bercampur menjadi warna yang mendekati hijau muda dengan semburat hijau lembut.
Dengan cara yang sama, bintang berwarna merah muda juga dimungkinkan. Katai putih lain, WD J0902+2010, memiliki karbon yang memainkan peran penting. Saat konveksi berkembang jauh di dalam lapisan helium katai putih yang dingin, karbon yang sebelumnya tenggelam di bagian dalam dapat tercampur naik hingga ke atmosfer luar. Sebagian dari karbon tersebut, dalam kondisi kepadatan tinggi, menjadi C₂ yang merupakan gabungan dua atom, dan molekul ini menciptakan garis serapan yang luas di berbagai panjang gelombang yang disebut sebagai Swan bands. Ini adalah ciri khas yang menonjol pada spektrum komet yang kaya karbon. Kepadatan atmosfer katai putih yang tinggi mengubah posisi dan bentuk pita serapan ini. Akibatnya, rasio campuran cahaya bintang berubah, sehingga tampak berwarna ungu muda atau merah muda.
Bahkan, katai putih lainnya, WD J1011+2845, berpotensi tampak berwarna merah muda salmon pekat karena garis serapan molekul karbon yang kuat menyebabkan cahaya pada sisi panjang gelombang pendek dalam spektrum cahaya tampak berkurang drastis.
Seperti yang terlihat, warna cahaya bintang tidak hanya ditentukan oleh suhu permukaannya saja, tetapi juga sangat bergantung pada komposisi atmosfer permukaannya. Atmosfer bintang biasa tidak cukup padat sehingga garis serapan tidak terlalu berpengaruh, namun pada bintang yang sangat padat seperti katai putih, pengaruhnya menjadi besar. Jadi, bukan hanya cahaya yang keluar saja, melainkan juga cahaya yang terserap yang memengaruhi komposisi warna keseluruhan. Warna "koktail" cahaya yang dihasilkan berubah total tergantung pada cahaya apa yang muncul dan cahaya apa yang hilang.
Katai putih ternyata bukan sekadar bintang yang berwarna putih saja. Bahkan, satu bintang bisa memiliki dua wajah. Contoh paling ekstrem adalah apa yang disebut sebagai "bintang Janus" yang diketahui pada tahun 2023. Bintang yang bersinar pada suhu 35.000K di tempat sejauh 1.300 tahun cahaya ini dinamai sesuai dengan dewa bermuka dua.
Kecerahan bintang ini berubah sangat cepat, dan pola spektrumnya berbeda seiring waktu. Terkadang garis serapan hidrogen yang jelas terlihat, namun di lain waktu garis serapan helium yang muncul. Perubahan ini berulang dengan cepat hanya dalam siklus 15 menit. Hal ini terjadi karena atmosfer permukaan katai putih berputar cepat, menampilkan sisi dengan karakteristik berbeda secara bergantian.
Melalui penelitian tambahan, para astronom memperkirakan bahwa satu sisi atmosfer permukaan bintang tertutup lapisan hidrogen yang cukup tebal untuk menutupi lapisan helium di bawahnya, sementara sisi lainnya tidak memiliki lapisan hidrogen sehingga lapisan helium di bawahnya tersingkap. Lalu, mengapa ketebalan lapisan hidrogen hanya tebal di satu sisi? Diduga karena medan magnet yang asimetris. Mungkin medan magnet yang memengaruhi konveksi dan pola pergerakan material menciptakan rupa seperti Janus yang memiliki dua wajah berbeda di masing-masing sisi.
Seperti inilah warna cahaya bintang sangat kompleks dan beragam. Biasanya orang mengira warna cahaya bintang hanya ditentukan oleh suhunya, namun fitur yang lebih detail seperti komposisi atmosfer, kepadatan, dan medan magnet juga memengaruhi warna keseluruhannya. Warna cahaya bintang memungkinkan kita untuk melihat kisah yang lebih mendalam dari bintang-bintang tersebut. Alam semesta menjadi indah mungkin karena bintang-bintang tidak bersinar dengan satu warna saja, melainkan dengan berbagai warna yang berbeda. Meskipun jika dilihat secara keseluruhan alam semesta hanyalah kegelapan hitam yang tak berujung, di dalamnya bintang-bintang berusaha keras untuk tidak melupakan warna-warni mereka. Bahkan dalam proses saat fusi nuklir berakhir dan mereka menuju kematian sekalipun.
Referensi
https://academic.oup.com/rasti/article/doi/10.1093/rasti/rzag069/8914458?login=true
Siapakah penulis Ji Woong-bae? Ia mencintai kucing dan alam semesta. Sejak kecil, setelah menonton ‘Galaxy Express 999’, ia bermimpi untuk menyebarkan keindahan alam semesta. Saat ini, ia menjadi asisten profesor di Departemen Jurusan Bebas Universitas Sejong, di mana ia aktif dalam berbagai kegiatan komunikasi sains seperti ceramah dan menulis. Ia telah menulis buku seperti ‘Tentang Ketidakbergunaan Astronom’, ‘Kita Semua Terlahir sebagai Astronom’, dan ‘Pertanyaan-pertanyaan Aneh yang Muncul Saat Melihat Alam Semesta’, serta menerjemahkan buku seperti ‘Bagaimana Saya Membunuh Pluto’, ‘Quantum Life’, dan ‘UFO’ ke dalam bahasa Korea.