Bintang Ganda (Binary Star)

Ada kesempatan untuk dapat mendeteksi sebuah lubang hitam di angkasa, yaitu apabila lubang hitam tersebut termasuk dalam sebuah sistem bintang ganda (binary star) yang saling berevolusi mengelilingi mereka sendiri. Lubang hitam ini menghisap materi bintang pasangannya secara konstan. Metode untuk menemukannya adalah deteksi sinar-x yang datang dari sekitar sebuah lubang hitam. Bintang maharaksasa HDE 226868 dari rasi bintang Cygnus yang terletak 8.000 tahun cahaya dari bumi memiliki pasangan bintang yaitu Cygnus x-1 yang tak nampak oleh mata. Diperkirakan Cygnus x-1 adalah sebuah lubang hitam. Pembakaran thermonuklir bintang maharaksasa HDE 226868 ditarik masuk orbit Cygnus x-1, bergerak seperti spiral cakaram datar ke bawah yang disebut dengan cakram pertumbuhan (accretion disk). Gas-gas ini menjadi sangat panas karena gesekan internal dan memancarkan sinar-x energi tinggi. Hasil penghitungan menunjukkan bahwa cygnus x-1 lebih kecil daro pada bumi, tetapi massanya 6 kali lebih besar dari pada matahari. Massa itu terlalu besar untuk menjadi Bintang Neutron atau Bintang White Dwarf. Satu-satunya kemungkinan yaitu cygnus x-1 adalah sebuah lubang hitam.

Bintang Hantu (Black Hole)

Seiring dengan mendinginnya bintang netron, keruntuhan lebih jauh akan di cegah oleh prinsip eksklusi Pauli yang diterapkan pada netron, (bukan pada elektron untuk bintang white dwarf). Untuk menjelaskan berbagai anomali astronomi yang ditemukan, diusulkan suatu fenomena yang disebut dengan gravitational collapse (kegagalan gravitasi), yaitu keruntuhan suatu benda yang sangat besar massanya akibat tarikan gravitasinya sendiri. Dalam benda-benda berukuran besar seperti bumi dan matahari, bagian-bagiannya selalu tarik menarik satu sama lain, akan tetapi gaya tarik gravitasi ini selalu diimbangi oleh gaya elektromagnet, sehingga menjaga berbagai partikel (atom) tidak terpisah. Apa yang terjadi untuk benda-benda yang berukuran sangat besar jika gaya tarik gravitasinnya lebih kuat dari gaya tolak elektromagnetnya? setiap bagian benda saling mendekat satu sama lain sesuai dengan hukum Newton. Keseluruhan massa akan terus mengerut sampai volum awal massa suatu titik yang sangat luar biasa padat yang disebut dengan Singularitas. Di dalam singularitas ini hukum-hukum fisika yang kita kenal selama ini tidak berlaku lagi, semua gaya yang ada tidak bisa dibedakan satu sama lain. Singularitas ini dikelilingi oleh suatu batas berbentuk bola yang tak tampak oleh mata, yang disebut dengan horison peristiwa (event horizon). Mengapa lubang hitam lebih menyerupai bentuk cakram dari pada bentuk bola? kebnayakan bintang-bintang mengalami rotasi sehingga lubang hitam pun berotasi. Karena momentum sudut harus kekal, maka kecepatan sudut rotasi akan meningkat dan sebagai akibatnya bintang menjadi lebih kecil, begitu pula dengan lubang hitam.

Bintang Neutron

Dalam bintang-bintang yang sangat massif, pembakaran helium menjadi karbon bukanlah mata rantai terakhir dari reaksi nuklir yang terjadi. Intinya cukup panas untuk memulai reaksi nuklir baru. Sederet reaksi fusi nuklir yang rumit dapat memproduksi hasil akhir berupa besi. Setelah terhasilkan besi tak ada kemungkinan untuk mendapatkan energi dari reaksi fusi. Karena besi memiliki energi ikat paling kuat dari semua unsur. Karena itulah besi akan terkumpul di inti bintang sampai seluruh bahan bakar nuklir terbakar habis. Untuk bintang yang bermassa lebih besar dari limit chandrasekhar, prinsip pauli yang diterapkan pada elektron tidak dapat mencegah keruntuhan yang terjadi. Seiring dengan keruntuhan inti besi dari suatu bintang massif, akhirnya elektron disana akan terperangkap sedemikian sehingga jumlahnya cukup untuk memicu terjadinya proses interaksi nuklir lemah. Proses ini merubah proton menjadi netron lewat reaksi elektron, dan proton akan terkonversi menjadi netron dan neutrino. Proses ini sepadan dengan penghilangan proton dan elektron dari inti bintang tersebut, dan memungkinkan energi dalam bentuk neutrino untuk keluar dari bintang tersebut. Begitu proses ini berlangsung untuk mengurangi tekanan prinsip eksklusi pauli yang disebabkan oleh elektron, keruntuhan inti bintang yang hebat dan sangat cepat akan terjadi. Proses keruntuhan dan Supernova yang mungkin terlibat masih menjadi perdebatan, yang jelas hanya tersisa sebuah bola yang terdiri dari netron-netron panas (Neutron Star). Garis tengah bintang neutron hanya belasan kilometer saja, namun memiliki rapat trilyunan kali rapat air. Ia disebut juga dengan Pulsar (pulsating star), karena memancarkan radiasi elektromagnetik dalam bentuk denyutan dengan periode yang teratur, dari hitungan sepersekian detik hingga berhari-hari.

Supernova

Untuk bintang dengan massa sebesar matahari kita, pembatasan teori relativitas hanya menghasilkan selisih kecepatan antar partikel tidak lebih dari kelajuan cahaya yang dipadukan dengan prinsip eksklusi pauli untuk elektron, akan mampu mencegah keruntuhan inti bintang lebih jauh. Namun untuk bintang yang lebih padat dan lebih massif, tolak menolak karena prinsip eksklusi bisa bernilai lebih kecil dan tidak cukup kuat untuk mengimbangi tarik-menarik gravitasi antar massa penyusunnya, yang bisa menyebabkan keruntuhan bintang tersebut. Subrahmanyan Chandrasekhar melakukan penghitungan untuk mencari limit massa bintang dimana suatu bintang masih bisa mempertahankan dirinya untuk tidak runtuh karena gaya gravitasinya sendiri setelah bahan bakar nuklirnya habis terkonsumsi. Dari perhitungan teoretik yang dilakukannya ia mendapatkan nilai sekitar 1,45 kali massa matahari kita. Bintang yang memiliki massa lebih kecil dari limit ini akan bisa bertahan, yang lebih besar akan runtuh. Ia mendapatkan hadiah Nobel Fisika pada tahun 1983 atas hasil karyanya. Sebuah bintang yang memiliki massa lebih kecil dari limit Chandrasekhar, seperti matahari kita, akan berhenti mengerut karena runtuh gravitasi dan akan tiba pada suatu keadaan akhir yang dikenal sebagai White Dwarf. Ia memiliki garis tengah ratusan kilometer saja, atau sama dengan jarak Jakarta-Surabaya, namun memiliki rapat ratusan juta kali rapat air. Untuk bintang seperti matahari kita, suhu dan rapat intinya akan menjadi cukup tinggi untuk memungkinkan tersulutnya reaksi nuklir yang melibatkan helium. reaksi helium berlangsung dengan cepat sampai terbentuk inti karbon di pusat bintang dan lapisan terluar bintang akan terlempar ke angkasa. White dwarf dalam suatu sistem bintang ganda mungkin juga terlibat dengan apa yang disebut dengan Supernova.

Limit Chandrasekhar : massa maksimum bintang dingin stabil yang diperkenankan, bintang yang lebih besar massanya dari limit ini bisa mengalami keruntuhan gravitasi menjadi sebuah Black Hole.

Prinsip Eksklusi : prinsip yang dikemukakan oleh Pauli yang menyatakan bahwa dua buah partikel berspin 1/2 yang identik tidak boleh memiliki posisi dan spin yang sama (dalam batas-batas yang ditetapkan oleh prinsip ketidakpastian).

White Dwarf : bintang dingin stabil, dimana terjadi tolak menolak antar elektron sesuai dengan prinsip eksklusi.

Bintang Raksasa Merah (Red Giant Star)

Sebuah bintang seperti matahari mempunyai bahan bakar yang cukup untuk menghidupi dirinya hingga 10 milyar tahun. Lalu apa yang terjadi jika bahan bakarnya habis? karena reaksi fusi berlangsung pada pusat bintang maka pusat bintang tersebut akan mengandung banyak sisa hasil pembakaran nuklirnya yang berupa helium. Gas helium membutuhkan suhu dan tekanan lebih tinggi dari hidrogen agar dapat menjalankan reaksi fusi nuklir. Karena itu suatu bintang akan menghasilkan energi nuklir yang jumlahnya semakin sedikit sehingga ia pun mulai runtuh, keruntuhan ini akan menaikkan suhu sampai partikel-partikel gas yang bergerak dengan sangat cepat dapat menyulut reaksi fusi nuklir baru yang melibatkan siklus karbon. Reaksi nuklir hidrogen ini pada mulanya terjadi pada sebuah lapisan tipis disekitar inti bintang. Panas yang terhasilkan akan terus meningkat sehingga menyebabkan lapisan bagian luar dari bintang tersebut mengembang sehingga jari-jarinya mencapai ribuan kali dari ukuran aslinya. Karena energi total yang dihasilkan bintang sekarang harus tersebar ke luas permukaan yang lebih besar, maka permukaan bintang raksasa ini suhunya lebih dingin, sehingga tampak lebih merah (bintang raksasa merah). Perubahan matahari menjadi bintang raksasa merah kelak akan dapat memanggang planet bumi. Lalu kemanakah bangsa manusia saat itu? karena hal itu diperkirakan akan terjadi 5 milyar tahun lagi, maka mungkin sekali saat itu bangsa manusia telah menjadi lebih bijak dan punya kemampuan teknologi untuk berkelana antar galaksi guna menjaga kelangsungan hidupnya.

Setelah bintang tersebut menjadi bintang raksasa merah, lalu apa yang terjadi dengan inti bintang tersebut? inti bintang akan terus runtuh menjadi semakin padat dan massif seiring terhasilkan lebih banyak unsur helium dari pembakaran unsur hidrogen yang terjadi. Dengan semakin bertambahnya tekanan, elektron yang ada juga semakin mendekat satu sama lain. Namun prinsip eksklusi pauli tidak memperkenankan dua buah elekron dengan bilangan kuantum yang sama untuk menempati tempat yang sama. Karena ruang gerak elektron yang semakin sempit dan terbatas, maka elektron tersebut akan semakin berdekatan satu sama lainnya. Sehingga menurut prinsip tersebut, partikel-partikel harus memiliki kecepatan yang sangat berbeda. Seiring dengan tekanan yang semakin bertambah, ruang gerak elektron semakin terbatas sehingga kecepatannya semakin berlainan satu sama lain (kelajuan relatifnya semakin besar).

Matahari

Matahari kita akan terbentuk jika ada sejumlah besar partikel gas yang mulai saling tarik-menarik karena gaya gravitasi yang bekerja antar partikel-partikel pembentuknya. Di dalam cikal-bakal bintang ini partikel-partikel atomik (kebanyakan atom hidrogen) akan terlumatkan dan bintang akan cenderung untuk runtuh. Seiring dengan tergerusnya atom dan terkompresinya plasma lebih jauh, elektron dan proton akan bergerak semakin kencang. Pemanasan dan gerak thermal dari elektron dan proton ini akan menyulut terjadinya reaksi nuklir hingga atom hidrogen tersebut tidak lagi berpentalan satu sama lain, namun justru bergabung untuk membentuk atom-atom helium. Energi yang terlepas dari reaksi fusi seperti inilah yang membuat sebuah bintang bercahaya. Panas yang terus terlepas ini akan membangkitkan tekanan pada bintang tersebut untuk melawan runtuh gravitasi. Karena tarik menarik massa atom pembentuknya sendiri yang menyebabkan bintang berhenti mengerut akibat gaya gravitasi. Perimbangan antara gaya gravitasi yang berusaha mengerutkan bintang dan tekanan keluar akibat reaksi fusi nuklir yang terjadi, akan memakan waktu yang sangat lama. Namun karena bintang dapat memancarkan energi radiasi yang dihasilkan dari reaksi fusi nuklir (antara lain dalam bentuk foton) maka akhirnya plasma gas atom-atom tersebut akan mulai mendingin. Karena tungku reaksi fusi nuklirnya kehabisan bahan bakar.

Bila reaksi fusi nuklir ini tak lagi cukup kuat untuk mengimbangi tarik-menarik antara atom pembentuk bintang maka bintang tersebut akan terus mengkerut dan runtuh menuju akhir hayatnya. Bintang-bintang yang memulai perjalanan hidupnya dengan banyak bahan bakar (bintang massif) akan cenderung mati lebih cepat bila dibandingkan dengan bintang yang berbahan bakar lebih sedikit. Hal ini terjadi karena bintang yang berbahan bakar lebih banyak membutuhkan energi panas yang lebih besar untuk tungku reaksi nuklirnya, akibatnya bahan bakar nuklirnya akan cepat habis, sehingga mati lebih cepat.

Matahari terdiri dari hidrogen dan bahan bakar nuklirnya tentu berasal dari pembelahan inti (fusi) hidrogen untuk membentuk helium. Energi yang terlebas dari sebuah bom hidrogen juga berasal dari reaksi fusi semacam itu. Lalu mengapa matahari tidak meledak seperti bom? sesungguhnya laju penghasilan energi di matahari berlangsung sedemikian lambat sehingga sekerat volume matahari yang berukuran sebesar manusia akan membakar bahan bakar nuklirnya dengan laju yang lebih lambat dari laju pengubahan makanan menjadi energi pada tubuh manusia. Hal ini terjadi karena reaksi fusi nuklir yang terjadi di matahari berbeda dengan sebuah bom hidrogen. Reaksi fusi pada matahari hanya melibatkan inti hidrogen biasa yang terdiri dari satu proton, sedangkan pada bom hidrogen selain dari hidrogen biasa juga melibatkan isotop langka dari hidrogen yaitu Deuteurium (intinya tersusun dari satu proton dan satu netron) dan Tritium (intinya tersusun dari satu proton dan dua netron). Reaksi fusi yang melibatkan hidrogen biasa hanya menghasilkan interaksi yang lemah dan berlangsung pelan. (Sandy Setiawan-Gempita Tarian Kosmos)

Bintang Di Angkasa

Semenjak terjadinya Big Bang 15 milyar tahun silam sampai terbentuknya Matahari dan Bumi yang kita diami ini, alam semesta masih terus berproses dan masih mempunyai energi untuk berjalan atau mengembang. Tidak seperti planet-planet, matahari bersinar karena sumber energi yang ada didalam matahri itu sendiri. Oleh karena itu matahri tergolong sebagai bintang. Matahari yang dikelilingi 9 planet termasuk bintang yang besarnya biasa-biasa saja. Masih banyak bintang lain di alam semesta ini yang lebih besar, lebih berat, lebih panas, dan lebih cerah. Matahari berjarak 149.600.000 km dari bumi. Alpha Centaury berjarak 40 trilyun km dari bumi dan merupakan bintang kedua terdekat setelah matahari. Berdasar gerak orbital bumi mengelilingi matahari, didapatkan massa matahari 300.000 kali massa bumi. Dari hasil bagi massa dan volume matahari kita dapatkan massa jenis matahari yaitu 1,382 kg/meter kubik. massa jenis matahari hanya 1,4 kali massa jenis air (1.000 kg/meter kubik). Sebaliknya bumi yang lebih kecil mempunyai massa jenis 5,5 kali massa jenis air. Dari hasil pengukuran spektrometri di dalam matahari terdapat 76,4% Hidrogen, 21,8% Helium, 0,8% Oksigen, 0,4% Karbon, 0,2% Neon, 0,1% Nitrogen dan unsur-unsur lain semisal Besi, Silika, Magnesium dan Sulfur.

Matahari terdiri dari campuran atom-atom gas, inti atom, elektron, proton, neutron, positron dan neutrino. Seluruh massa matahari disebut plasma, karena pada suhu yang sangat tinggi semua atom terionisasi habis membentuk plasma. Suhu yang sangat tinggi didalam matahari ini hampir tidak memungkinkan terjadinya persenyawaan unsur-unsur kimia.

Untuk mengukur suhu matahari para astronom menggabungkan metode pengamatan dan berbagai teori untuk menaksir kondisi-kondisi di dalam matahari, misalnya teori penyusutan Helmholtz memperkirakan suhu di pusat matahari mencapai 15.000.000 Kelvin. Suhu ini dipercaya sebagai suhu di dalam inti matahari yang menyebabkan reaksi penggabungan inti atom (fusi nuklir) berlangsung. Energi yang memancar dari inti matahari memanaskan permukaan luarnya (fotosfera). Suhu fotosfer di dapat darihukum pergeseran Wien dengan mengamati spektrum radiasi matahari. Hasil radiasi matahari maksimum berwarna kuning dengan panjang gelombang 510 nm yang menunjukkan suhu fotosfer kira-kira 5700 Kelvin.

Dalam reaksi fusi nuklir, defek massa diubah menjadi energi sesuai dengan persamaan Einstein. Setiap detik di dalam inti matahari 630 juta ton Hidrogen diunah menjadi 625,4 juta ton Helium dengan membebaskan energi yang ekuivalen dengan defek massa 4,6 juta ton. Dengan laju berkurangnya massa matahari sebesar 4,6 juta ton per detik, kita harapkan matahari masih memancarkan energi selama 5 milyar tahun lagi atau lebih.