.RIWAYAT HIDUP BINTANG
Bintang, seperti objek lain di jagad raya, memiliki masa hidupnya. Matahari kita misalnya, punya waktu 5 miliar tahun lagi, sebelum wafat. Ada banyak sekali bintang, dan tiap bintang punya sejarah hidupnya sendiri. Walau begitu, secara umum mereka mengikuti tahapan yang sama : lahir > dewasa > mati.
Bintang adalah benda angkasa berupa bola gas raksasa yang memancarkan energinya sendiri dari reaksi inti dalam bintang, baik berupa panas, cahaya maupun berbagai radiasi lainnya. Berikut ini adalah diagram sederhana dari evolusi bintang.
Bintang-bintang lahir di nebula dari hasil pengerutan, kemudian terjadi fragmentasi sehingga membentuk kelompok-kelompok. Inilah yang disebut proto bintang. Bintang yang bermassa besar dan panas umumnya membentuk raksasa biru dan bintang yang relatif kecil membentuk katai kuning, seperti Matahari. Bintang-bintang besar dan panas memiliki inti konvektif dan lapisan selubung yang radiatif. Lain halnya pada bintang-bintang kecil seperti Matahari yang memiliki inti radiatif dan lapisan selubung konvektif. Bintang tersebut terus berevolusi seiring dengan waktu. Bintang bermassa besar jauh lebih terang dan lebih singkat umurnya daripada bintang bermassa sedang. Begitu pula nasib suatu bintang ditentukan oleh massanya.
Diagram Hertzsprung-Russell
Diagram Hertzsprung-Russell atau diagram H-R (seringkali disebut juga sebagai diagram warna-magnitudo) adalah diagram hubungan antara magnitudo mutlak/luminositasdan kelas spektrum bintang/indeks warna. Diagram ini dikembangkan secara terpisah oleh astronom Denmark, Eijnar Hertszprug pada tahun 1911dan astronom Amerika Serikat Henry Noris Russelpada tahun 1913. Diagram ini sangat penting artinya dalam astrofisika terutama dalam bidang evolusi bintang.
Diagram H-R digunakan untuk menunjukkan jenis-jenis bintang yang berbeda dan juga untuk mencocokkan prediksi model teoritis evolusi bintangdengan pengamatan. Pengelompokan bintang pada jalur yang berbeda (lihat gambar) menunjukkan adanya perbedaan tahap evolusi bintang.
Kebanyakan bintang mendiami suatu jalur dari kiri atas ke kanan bawah yang disebut sebagai deret utama. Ini dapat diinterpretasikan bahwa bagi kebanyakan bintang, makin tinggi suhu permukaannya makin terang cahayanya. Bintang pada kelompok ini adalah bintang yang sedang melangsungkan pembakaran hidrogen di intinya. Hampir 90% usia bintang dihabiskan pada tahap deret utama ini yang menjadi penyebab tingginya populasi. Bintang deret utama disebut juga sebagai bintang katai.
Kelompok yang tampak terlihat jelas berikutnya adalah kelompok yang disebut sebagai cabang raksasa, tempat bagi bintang-bintang yang sedang melangsungkan pembakaran hidrogen di kulit yang mengelilingi inti helium yang belum terbakar. Ciri lainnya yang dapat dilihat dengan jelas adalah adanya gap antara deret utama dan cabang raksasa. Gap ini disebut sebagai gap Hertszprug dan menunjukkan evolusi yang berlangsung cepat pada saat pembakaran hidrogen di kulit, yang mengelilingi inti dimulai.
Evolusi Bintang
1) Proto bintang (Protostar)
Ada banyak teori tentang pembentukan bintang, tetapi yang paling mantap adalah teori yang menyatakan bahwa bintang bermula dari molekul-molekul nebula dingin. Pancaran energi molekul ini mengakibatkan daerah nebula menjadi dingin, mengerut sehingga kerapatannya bertambah dan membentuk bola gas. Apabila bola gas ini sudah cukup rapat, maka akan terjadi tarikan gravitasi yang menyebabkan tekanan gravitasional yang membuat bola gas terus mengerut, sehingga terus menarik materi disekitarnya dan terus mengerut sampai terjadi perubahan energi potensial gravitasi menjadi energi radiasi.
Kerapatan awan yang cukup besar sehingga tidak bisa ditembus oleh gelombang elektromagnet menyebabkan energi terperangkap sehingga memanaskan bagian dalam bola gas dan menaikkan tekanannya. Sampai suatu saat terjadi kesetimbangan tekanan termal dan pengerutan gravitasi tercapai sehingga terjadi kesetimbangan hidrostatik. Pada mulanya keseimbangan hidrostatik hanya terjadi pada pusat bola gas dan membentuk bakal bintang, sedangkan bagian luarnya terus mengerut dan menyelubungi pusatnya. Energi yang dihasilkan dari pengerutan ini menyebankan bola gas ini menjadi bercahaya sehingga lahirlah bintang muda yang dinamakan proto bintang. Sebagian energinya digunakan untuk memanaskan bagian dalam bintang sehingga menaikkan suhu dan tekanannya untuk menahan pengerutan lebih jauh.
Pada awal pengerutannya, perpindahan energi internal tidak secara radiasi, melainkan secara konveksi. Pada fase ini protobintang terus mengerut sampai akhirnya tekanan radiasi bintang cukup tinggi. Tekanan gas inilah yang menahan pengerutan sehingga terbentuklah bintang yang stabil. Energi ini juga memanasi bagian dalam bintang sehingga akhirnya suhu pusat bintang cukup tinggi untuk mendukung reaksi fusi hidrogen yakni reaksi penggabungan hidrogen menjadi helium. Ada tiga kemungkinan siklus ini yakni:
Energi hasil fusi ini memanasi bagian dalam bintang secepat energi dipancarkan keluar sehingga tekanan di pusat bintang menjadi tetap dan pengerutan berhenti. Bintang kini telah stabil dan ada di deret utama usia nol (zero-age main squence).
Kelahiran dan Kematian Bintang
Katai Coklat
Dalam peristiwa runtuh gravitasi ini, tentu potongan-potongannya tidak sama. Ada yang besar, ada yang kecil. Janin bintang yang terlalu kecil (8% massa matahari) gagal lahir menjadi bintang. Ia tidak mati, tapi menjadi katai coklat. Katai coklat adalah bayi bintang prematur. Ia tidak mampu memulai fusi nuklir, tapi masih terlalu besar untuk menjadi planet. Ia bisa dibilang planet sendirian. Seperti bumi, tanpa matahari.
Katai coklat umumnya memiliki massa sebesar 13 kali planet Yupiter. Ia gelap dan sendirian dengan cahaya yang redup. Walau begitu, ia masih melakukan fusi terhadap deuterium, karenanya justru ia cukup lama hidup. Mati perlahan-lahan dalam waktu ratusan juta tahun. Tidak pernah besar dan bersinar.
Janin bintang yang lebih berat bisa menghasilkan fusi nuklir. Fusi nuklir ini menjadi pendorong keluar (tekanan radiasi) yang mengimbangi tarikan gravitasi kedalam bintang. Ia pun bersinar cemerlang dan bermain di angkasa raya sepanjang hidupnya.
Katai coklat mati begitu saja. Setelah beberapa juta tahun, ia begitu coklat hingga akhirnya hitam legam. Ia bukan lubang hitam. Ia batu hitam yang mengapung di angkasa. Tidak ada lagi deuterium yang bisa diolah. Selama hidupnya sendirian dan matipun tak dipedulikan. Di duga ada banyak sekali katai coklat di luar orbit Pluto, antara tata surya, dan setumpuk bintang terdekat kita.
Katai Merah
Ada banyak jenis bintang tentunya. Katai coklat mungkin iri melihat janin-janin yang lahir bersama dengannya hidup terang dengan berbagai ukuran. Mulai dari yang paling kecil adalah katai merah. Ia tidak seredup katai coklat. Ia merah. Merah dan kecil. Cantik sekali.
Katai merah dapat hidup hingga ratusan miliar tahun. Jauh lebih lama dari katai coklat. Padahal keduanya sama-sama katai.
Bintang terdekat dari matahari adalah sebuah katai merah, Proksima Centauri. Usianya ribuan kali lebih panjang dari matahari kita. Menurut para ilmuan, katai merah seperti Proksima Centauri dapat hidup hingga 6 triliun tahun. Bayangkan. Padahal usia alam semesta baru 13.7 miliar tahun. Karenanya, di duga belum ada satupun katai merah yang mati semenjak alam semesta lahir. Sayangnya, mereka begitu kecil, begitu redup, hingga tak terdeteksi dari bumi, kecuali bila sangat dekat, seperti Proksima.
Pada akhirnya, katai merah juga akan mati. Ia sekarat setelah membakar habis seluruh hidrogennya. Ia tidak mampu membakar heliumnya dan karenanya ia menjadi bintang yang seluruhnya helium. Bersinar sebagai katai putih. Seandainya ia dikelilingi oleh awan hidrogen halus, ia masih bisa menarik makanan dari sekitarnya untuk hidupnya beberapa ratus miliar tahun lagi. Jika tidak ada, ia akan mati begitu saja. Katai putih yang redup dan semakin redup. Tapi, pastinya tidak ada yang tahu. Belum ada kasus kematian katai merah teramati sampai sekarang. Umurnya terlalu panjang. Para ilmuan berpendapat bahwa nyawa katai putih benar-benar berakhir saat ia menjadi katai hitam.
Bintang Rata-rata/ Seukuran Matahari
Sedikit lebih besar dari katai merah adalah katai kuning. Matahari kita tergolong katai kuning. Sebenarnya ia tidak terlalu kecil. Ia hanya sedikit lebih kecil dari rata-rata. Sebagian astronom menggolongkan matahari sebagai bintang rata-rata. Tidak terlalu besar, tidak terlalu kecil. Usia hidupnya sekitar 10 miliar tahun.
Bintang rata-rata, seperti matahari kita, punya saat sekarat yang menarik. Ia cukup besar untuk memakan helium setelah hidrogen habis dikonsumsi. Konsumsi helium membuat dirinya menggembung. Menjadi besar sekali dari ukuran aslinya. Saat-saat menjelang mati, ia berubah menjadi raksasa merah. Perubahan ini diawali dengan kejadian yang disebut kilat helium (helium flash). Sayangnya, kilat helium tidak dapat dilihat dari luar. Ia terjadi di inti bintang. Seandainya kilat helium bisa dilihat dan bintang itu matahari kita, bumi akan mendadak menjadi sangat terang benderang. Inilah tanda umur matahari tinggal beberapa juta tahun lagi. Pertanda itu dalam kenyataannya tidak terlihat.
Sejak kilat helium, tubuh bintang mulai membesar dan memerah. Seiring membesarnya tubuh, terangnya juga meningkat. Ia menjadi seribu hingga sepuluh ribu kali lebih terang dari sebelumnya. Suhu juga ikut meningkat. Suatu saat, sang bintang yang menggelembung ini mencapai ukuran maksimumnya. Ia akhirnya tiba di titik itu, dan setelah saat itu tiba, ia akan kembali mengerut. Mengecil dan kian kecil sementara suhunya terus saja bertambah.
Helium akhirnya habis. Ia pun mulai mencoba memakan karbon yang letaknya lebih dalam lagi di inti. Setelah karbon habis, ia akan mengunyah oksigen. Lebih dalam lagi. Bintang kita akan menjadi seperti bawang. Bagian intinya mencoba untuk menggelembung sekuat tenaga karena reaksi fusi, sementara bagian luarnya terus mengerut dan runtuh karena pada dasarnya telah sekarat.
Seiring mengerutnya sang bintang, angin dahsyat berhembus menghantarkan sisa-sisa pembakaran keluar dari bintang. Pertarungan inti dan kulit dalam balutan angin yang berhembus menciptakan denyutan. Sang bintang berdenyut keras. Semakin cepat, semakin cepat, dan . orgasme bintang terjadi. Sebuah angin yang begitu keras terlontar dari bintang. Angin ini disebut nova.
Kini tinggal sang inti, Katai putih. Nasib matahari kita sama dengan si katai merah. Sama-sama menjadi katai putih. Angin nafas terakhirnya melakukan perjalanan jauh menembus angkasa. Semakin jauh dan kehilangan energi. Dan akhirnya menjadi awan gas yang disebut nebula planeter.
Sebenarnya, tidak perlu seperti ini akhir hayatnya, seandainya ia punya teman. Dalam sistem bintang kembar, bintang rata-rata yang sekarat tidak menggelembung. Hal ini karena kembarannya akan menyedot sisi terluar dari sang bintang sekarat. Aliran massa ini akan membuat kembarannyalah yang menggembung. Tapi kembarannya masih sehat dan tidak sekarat. Hasilnya, sang bintang sekarat akan menjadi katai putih tanpa fase menggembung. Ia akan mengorbit kembarannya seperti bulan mengorbit bumi. Kasus inilah yang terjadi pada pasangan bintang Sirius A dan katai putih, Sirius B.
Raksasa
Dan yang jauh di atas rata-rata ada si raksasa. Para bintang raksasa yang ukurannya bisa ratusan kali matahari. Mereka raksasa, tapi hidupnya pendek. Hanya beberapa juta tahun. Hal ini karena besarnya badan mereka berarti mereka juga harus banyak makan. Mereka terus memakan hidrogen jauh lebih cepat dari bintang rata-rata, apalagi dari katai merah yang lamban.
Saat sekarat para raksasa lebih menarik lagi. Ia sudah sangat besar, sehingga saat hidrogen habis, ia sangat buru-buru memakan helium. Ia menggembung dan dengan cepat mengerut lagi hingga akhirnya tersandung ke intinya. Ia memangsa karbon, lalu neon, lalu oksigen, lalu silikon, dan terakhir besi. Jika inti besinya sudah mencapai batas Chandrasekhar, ia akan menghembuskan nafas terakhirnya.
Angin yang dilepaskannya begitu cepat. Sedemikian cepat hingga lebih pantas disebut meledak. Ya, ia meledak. Inilah supernova. Dan pusatnya menjadi bintang putih kecil yang berputar sangat cepat. Ia bukan katai putih. Ia jauh lebih kecil lagi. Lebih kecil lagi dari katai coklat. Lebih kecil lagi dari Bumi. Ia hanya seukuran Jakarta. Sesungguhnya, ia bahkan tidak tersusun dari atom. Remasan gravitasi sedemikian kuatnya hingga bahkan atom pun ikut berderai. Elektron di orbit nukleus teremas hingga bertabrakan dengan proton dan menjadi neutron. Neutron yang ada bergabung dengan sesama neutron. Dan jadilah ia neutron raksasa. Inilah bintang neutron. Neutron raksasa yang berputar.
Bintang neutron bersifat seperti mercusuar. Ia punya dua semburan gas di kutubnya. Semburan ini menyembur dari kutub utara dan kutub selatan, sementara bintang menggelinding di angkasa. Bila kutub tersebut kebetulan mengarah ke bumi, maka kita mengamati bintang yang berdenyut sangat cepat. Bintang ini dinamakan pulsar.
Maha Raksasa
Ada bintang yang lebih raksasa lagi. Namanya maharaksasa. Bintang maharaksasa ukurannya lebih dari 40 kali massa matahari. Jangan kira bintang ini kecil karena hanya 40 kali. Perhatikan, itu massa, bukan volume. Volumenya bisa jutaan kali matahari, menelan orbit Bumi dan Mars.
Seandainya dibelah, maharaksasa yang sekarat akan seperti boneka Matrioskha atau irisan bawang. Bola kecil di dalam bola sedang di dalam bola raksasa. Intinya adalah besi, diselubungi silikon, diselubungi oksigen, dibungkus neon, diselimuti karbon, dipeluk erat oleh Helium dan akhirnya berubah helium.
Lapisan-lapisan maharaksasa usia lanjut ini terbentuk akibat makan yang lain sebelum yang masih ada di habiskan. Sebelum hidrogen habis, ia sudah buru-buru memburu ubur-ubur (ups, salah). Maksudnya sebelum hidangan hidrogen habis, ia sudah makan helium. Helium sendiri hasil dari memakan hidrogen jadi helium lebih sedikit. Sebelum helium habis, dia sudah sibuk lagi memakan karbon, dan seterusnya. Saat inti besinya telah mencapai batas TOV (Tolman-Oppenheimer-Volkoff) ia akan meledak. Meledak dahsyat. Jauh lebih dahsyat dari ledakan bintang raksasa. Ledakannya disebut hypernova.
Seluruh isi perut bintang maharaksasa berhamburan dalam peristiwa hypernova. Tidak ada yang tersisa sama sekali. Bintang berukuran orbit Mars ini habis. Tapi intinya tetap ada. Yang menjadi sisa adalah materi intiapapun yang berada di dalam radius Schwarzschild. Sisa ini telah teremas begitu kuat hingga bahkan ia tidak menjadi neutron. Sisa ini begitu gelap, mati, tanpa cahaya. Kita menyebutnya lubang hitam.
Lubang hitam dapat dibilang merupakan kebalikan dari batas Eddington. Kita tahu bahwa setiap bintang selalu dalam pertarungan antara gaya dorong keluar radiasi dengan daya tarik kedalam gravitasi. Bila gaya dorong keluar sedemikian kuat hingga mengalahkan gravitasi, hasilnya adalah batas Eddington (lihat bintang supermaha raksasa). Bila gaya dorong kedalam sedemikian kuat sehingga mengalahkan radiasi, hasilnya adalah batas Schwarzschild (lubang hitam).