Evolusi BintangSeperti manusia, bintang juga mengalami perubahan tahap kehidupan. Sebutannya adalah evolusi. Mempelajari evolusi bintang sangat penting bagi manusia, terutama karena kehidupan kita bergantung pada matahari. Matahari sebagai bintang terdekat harus kita kenali sifat-sifatnya lebih jauh.

Dalam mempelajari evolusi bintang, kita tidak bisa mengikutinya sejak kelahiran sampai akhir evolusinya. Usia manusia tidak akan cukup untuk mengamati bintang yang memiliki usia hingga milyaran tahun. Jika demikian tentunya timbul pertanyaan, bagaimana kita bisa menyimpulkan tahap-tahap evolusi sebuah bintang?  

Pertanyaan tersebut dapat dijawab dengan kembali menganalogikan bintang dengan manusia. Jumlah manusia di bumi dan bintang di angkasa sangat banyak dengan usia yang berbeda-beda. Kita bisa mengamati kondisi manusia dan bintang yang berada pada usia/tahapan evolusi yang berbeda-beda. Ditambah dengan pemodelan, akhirnya kita bisa menyusun teori evolusi bintang tanpa harus mengamati sebuah bintang sejak kelahiran hingga akhir evolusinya.

Kelahiran bintangBintang lahir dari sekumpulan awan gas dan debu yang kita sebut nebula. Ukuran awan ini sangat besar (diameternya mencapai puluhan SA) tetapi kerapatannya sangat rendah. Awal dari pembentukan bintang dimulai ketika ada gangguan gravitasi (misalnya, ada bintang meledak/supernova), maka partikel-partikel dalam nebula tersebut akan bergerak merapat dan memulai interaksi gravitasi di antara mereka setelah sebelumnya tetap dalam keadaan setimbang. Akibatnya, partikel saling bertumbukan dan temperatur naik.

Eagle Nebula, tempat kelahiran bintang (Sumber: Hubblesite)

Semakin banyak partikel yang merapat berarti semakin besar gaya gravitasinya dan semakin banyak lagi partikel yang ditarik. Pengerutan awan ini terus berlangsung hingga bagian intinya semakin panas. Panas tersebut dapat mendorong awan di sekitarnya. Hal ini memicu terjadinya proses pembentukan bintang di sekitarnya. Demikian seterusnya hingga terbentuk banyak bintang dalam sebuah awan besar. Maka tidaklah heran jika kita mengamati sekelompok bintang yang lahir pada waktu yang berdekatan di lokasi yang sama. Kelompok bintang inilah yang biasa kita sebut dengan gugus.

Akibat pengerutan oleh gravitasi, temperatur dan tekanan di dalam awan naik sehingga pengerutan melambat. Di tahap ini, bola gas yang terbentuk disebut dengan proto bintang. Apabila massanya kurang dari 0,1 massa Matahari, maka proses pengerutan akan terus terjadi hingga tekanan dari pusat bisa mengimbanginya. Pada saat tercapai kesetimbangan, temperatur di bagian pusat awan itu tidak cukup panas untuk dimulainya proses pembakaran hidrogen. Maksud dari pembakaran di sini adalah reaksi fusi atom hidrogen menjadi helium. Awan ini pun gagal menjadi bintang dan disebut dengan katai gelap.

Jika massanya lebih dari 0,1 massa Matahari, bagian pusat proto bintang memiliki temperatur yang cukup untuk memulai reaksi fusi saat dirinya setimbang. Reaksi ini akan terus terjadi hingga helium yang sudah terbentuk mencapai 10 – 20 % massa bintang. Setelah itu pembakaran akan terhenti, tekanan dari pusat menurun, dan bagian pusat ini runtuh dengan cepat. Akibatnya temperatur inti naik dan bagian luar bintang mengembang. Saat ini, bintang menjadi raksasa dan tahap pembakaran helium menjadi karbon pun dimulai. Di lapisan berikutnya, berlangsung pembakaran hidrogen menjadi helium. Setelah ini kembali akan kita lihat bahwa evolusi bintang sangat bergantung pada massa.

Untuk bintang bermassa kecil (0,1 – 0,5 massa Matahari), proses pembakaran hidrogen dan helium akan terus berlangsung sampai akhirnya bintang itu menjadi katai putih. Sedangkan pada bintang bermassa 0,5 – 6 massa Matahari, pembakaran karbon dimulai setelah helium di inti bintang habis. Proses ini tidaklah stabil, akibatnya bintang berdenyut. Bagian luar bintang mengembang dan mengerut secara periodik sebelum akhirnya terlontar membentuk planetary nebula. Bagian bintang yang tersisa akan mengerut dan membentuk bintang katai putih.

Berikutnya adalah bintang bermassa besar (lebih dari 6 massa Matahari). Di bintang ini pembakaran karbon berlanjut hingga terbentuk neon. Lalu neon pun mengalami fusi membentuk oksigen. Begitu seterusnya hingga secara berturut-turut terbentuk silikon, nikel, dan terakhir besi. Kita bisa lihat di diagram penampang bintang di bawah ini, bahwa reaksi fusi sebelumnya tetap terjadi di luar lapisan inti. Sehingga ada banyak lapisan reaksi fusi yang terbentuk ketika di bagian pusat bintang sedang terbentuk besi.

Lapisan-lapisan reaksi fusi (Sumber: Wikipedia)

Evolusi LanjutSetelah reaksi yang membentuk besi terhenti, tidak ada proses pembakaran selanjutnya. Akibatnya, tekanan menurun dan bagian inti bintang memampat. Karena begitu padatnya, jarak antara neutroon dan elektron pun mengecil sehingga elektron bergabung dengan neutron dan proton. Peristiwa ini menghasilkan tekanan yang sangat besar dan mengakibatkan bagian luar bintang dilontarkan dengan cepat. Inilah yang disebut dengan supernova.

Apa yang terjadi setelah supernova bergantung pada massa bagian inti bintang yang tadi terbentuk. Apabila di bawah 5 massa Matahari (batas massa Schwarzchild), supernova menyisakan bintang neutron. Disebut demikian karena partikel dalam bintang ini hanya neutron. Bintang neutron biasanya terdeteksi sebagai pulsar (pulsating radio source, sumber gelombang radio yang berputar). Pulsar adalah bintang yang berputar dengan sangat cepat, periodenya hanya dalam orde detik. Putarannya itulah yang menyebabkan pulsasi pancaran gelombang radionya.

Diagram evolusi berbagai bintang (Sumber: Chandra Harvard)

Di atas 5 massa Matahari, gaya gravitasi di inti bintang begitu besarnya sehingga dirinya runtuh dan kecepatan lepas partikelnya melebihi kecepatan cahaya. Objek seperti ini disebut dengan lubang hitam. Tidak ada objek yang sanggup lepas dari pengaruh gravitasinya, termasuk cahaya sekalipun. Makanya benda ini disebut lubang hitam, karena tidak memancarkan gelombang elektromagnetik. Satu-satunya cara untuk mendeteksi keberadaan lubang hitam adalah dari interaksi gravitasinya dengan benda-benda di sekitarnya. Pusat galaksi kita adalah salah satu lokasi ditemukannya lubang hitam. Kesimpulan ini diambil karena bintang-bintang di pusat galaksi bergerak dengan sangat cepat, dan kecepatannya itu hanya bisa ditimbulkan oleh gaya gravitasi yang sangat kuat, yaitu oleh sebuah lubang hitam.

Hingga saat ini, pengamatan terhadap bintang-bintang masih terus dilakukan. Teori evolusi bintang di atas bisa saja berubah kalau ada bukti-bukti baru. Tidak ada yang kekal dalam sains, dan tidak ada kebenaran mutlak. Apa yang menjadi kebenaran saat ini bisa saja terbantahkan di kemudian hari. Itulah uniknya sains: dinamis.

Matahari, Bintang Terbaik Yang Kita MilikiMatahari kita adalah sebuah bintang, yaitu bola gas panas raksasa yang mengeluarkan energi dan cahaya. Ukurannya begitu besar dibandingkan dengan Bumi dan planet-planet lainnya. Namun sebenarnya, Matahari termasuk bintang yang ukurannya biasa saja. Masih banyak bintang lain yang berukuran jauh lebih besar ataupun jauh lebih kecil darinya. Tetapi tetap saja Matahari adalah satu bintang yang sangat istimewa bagi manusia, Bumi, dan tata surya kita.

Matahari memiliki diameter 1,4 juta km dan massa 1,9 x 10^30 kg. Di galaksi Bimasakti, ukuran sebesar ini termasuk dalam 10% yang terbesar. Jauh lebih banyak bintang dengan ukuran dan massa yang lebih kecil (yang terbanyak adalah bintang dengan massa setengah massa Matahari).

Matahari (Sumber: wikipedia)

Matahari adalah bintang deret utama dengan kelas G2. Materi penyusunnya adalah hidrogen sebanyak 70%, helium 28%, dan sisanya unsur berat lain. Permukaannya (fotosfer) bersuhu 5.800 K, sedangkan di bagian pusat suhunya mencapai 15 juta K. Cahaya Matahari yang berwarna putih kekuningan yang bisa kita lihat berasal dari lapisan fotosfer. Di lapisan ini terdapat banyak kejadian menarik, di antaranya adalah bintik Matahari, granulasi, prominensa, dan filamen. Di bagian luar terdapat atmosfer yang disebut korona yang temperaturnya mencapai 5 juta K. Tingginya temperatur korona ini diperkirakan berkaitan dengan aktivitas medan magnetik Matahari yang sangat intensif. Karena terangnya fotosfer, kita tidak dapat mengamati korona kecuali ketika terjadi gerhana Matahari total.

Sebagai sebuah bintang, Matahari memiliki pabrik pembangkit energi yang sangat aktif di bagian pusatnya. Di bagian yang kerapatannya sangat tinggi ini (150 kali kerapatan air), atom-atom hidrogen bereaksi membentuk helium dalam serangkaian reaksi. Reaksi penggabungan (fusi) ini menghasilkan energi yang sangat besar, yaitu 386 miliar miliar juta watt. Setiap detiknya, sebanyak 700 juta ton hidrogen diubah menjadi 695 juta ton helium dan 5 juta ton energi dalam bentuk sinar gamma.

Korona Matahari terlihat ketika gerhana Matahari total (Sumber: wikipedia)

Bintik Matahari adalah suatu area gelap di fotosfer yang suhunya lebih rendah relatif terhadap sekitarnya (3800 K berbanding 5800 K). Keberadaannya bergantung pada aktivitas medan magnet di Matahari. Dan jumlahnya akan meningkat atau menurun secara periodik, setiap 11 tahun sekali. Jika jumlahnya sangat banyak, maka kita sebut Matahari sedang berada dalam masa aktif. Diperkirakan puncak dari keaktifan Matahari yang berikutnya akan terjadi pada tahun 2013 nanti. Mungkin kita sering mendengar hal ini dari isu kiamat 2012, namun tentu saja keduanya tidak berkaitan.

Diagram penampang Matahari (Sumber: wikipedia)

Sebagaimana manusia, bintang juga lahir, tumbuh besar, lalu mati. Semakin besar massa sebuah bintang, maka kala hidupnya semakin singkat dan sebaliknya. Usia Matahari saat ini, atau sama dengan usia tata surya kita, adalah sekitar 4,57 milyar tahun. Diperkirakan Matahari masih akan terus seperti sekarang hingga 5 milyar tahun lagi. Setelah itu, Matahari akan memasuki fase raksasa merah (red giant). Disebut demikian karena ukurannya akan membesar hingga 250 kali lipat dan mungkin akan mencapai orbit Bumi (sejauh 150 juta km).

Diagram Evolusi Matahari (Sumber: wikipedia)

Evolusi seperti ini adalah hal yang biasa untuk bintang bermassa kecil dan menengah. Di akhir kehidupannya, Matahari tidak akan menjadi supernova dan lubang hitam karena evolusi tersebut hanya untuk bintang bermassa besar. Setelah tahap raksasa merah, kemudian Matahari akan melontarkan lapisan luarnya hingga membentuk planetary nebula. Bagian yang tersisa dari Matahari hanyalah intinya saja, yang disebut dengan bintang katai putih (white dwarf). Akhirnya ia akan mendingin secara perlahan hingga milyaran tahun.

Peran penting Matahari bagi masyarakat sudah tampak dari berbagai peradaban kuno. Di jaman Yunani kuno Matahari disebut dan dipuja sebagai dewa Helios. Sedangkan di jaman Romawi Matahari diperlakukan sama dengan sebutan Sol. Matahari juga berperan penting di tata surya kita. Massanya mencapai 99,86% dari massa total tata surya, begitu dominan sehingga titik pusat massa tata surya kita ada di dalam Matahari itu sendiri. Akibatnya semua benda di tata surya seolah-olah tampak bergerak mengeliingi Matahari (padahal mengelilingi pusat massa tata surya). Matahari pun tidak tinggal diam di galaksi kita. Bersama seluruh tata surya, Matahari mengajak kita mengelilingi pusat galaksi Bimasakti dengan periode sekitar 220 juta tahun.

Cahaya yang dipancarkan Matahari sangat membantu kita dalam banyak hal. Selain memberikan panasnya di siang hari, informasi yang ada di dalam cahaya Matahari berperan besar dalam pengetahuan yang kita miliki sekarang tentang bintang-bintang di alam semesta. Dalam jarak yang tepat, cahayanya juga memberikan jaminan terhadap kebutuhan energi yang diperlukan dalam kehidupan di Bumi.

Spektrum Matahari juga berjasa dalam banyak hal. Dahulu saat spektrum Matahari dipelajari pertama kali, manusia menemukan unsur helium. Unsur ini dinamakan demikian karena saat itu hanya ditemukan di Matahari. Dan dari spektrum inilah kita mengetahui bahwa Matahari dan bintang adalah benda yang sejenis.

Singkat kata, Matahari adalah benda percobaan terdekat bagi astronom di laboratorium alam semesta dalam meneliti bintang. Berbagai misi luar angkasa yang khusus meneliti Matahari telah dan akan diluncurkan demi mengenal Matahari lebih dekat, seperti Pioneer, Helios, SOHO, Genesis, Stereo, dan lain-lain.

Sejak tata surya terbentuk hingga sekarang, peran Matahari dalam mendukung kehidupan di Bumi sangatlah besar. Namun tidak selamanya akan berjalan begitu, karena dalam evolusinya Matahari akan memanas dan membesar. Saat itu, Matahari sudah tidak lagi mendukung kehidupan. Bahkan ia akan menelan dan menghancurkan Merkurius, Venus, dan kemudian mungkin juga Bumi. Akankah kehidupan di Bumi saat itu sudah berpindah ke planet lain? Atau mungkin ke planet di bintang lain, galaksi lain? Tidak ada yang tahu memang, tetapi sebaiknyabegitu demi kelangsungan kehidupan di alam semesta.

  Materi Antar BintangKetika sedang mengamati indahnya langit malam, pernahkah Anda bertanya-tanya tentang kekosongan pada ruang antar bintang. Apakah sama sekali tidak ada apa-apa di sana? Benarkah alam semesta seluas ini, dengan jarak antar bintang yang berkisar ribuan atau bahkan jutaan tahun cahaya, hanya diisi ruang kosong? Kalau Anda pernah menanyakan hal tersebut, tahukah Anda apa jawabannya?

Sebenarnya, ruang antar bintang itu tidak kosong. Materi antar bintang (interstellar matter) adalah sebutan untuk pengisi kekosongan itu. Lalu, seberapa penting keberadaan materi antar bintang (MAB)? Sebenarnya penting sekali, karena sifat materi penyusunnya mempengaruhi apa yang kita pelajari dalam astronomi. Dengan mempelajari MAB, kita jadi tahu bagaimana MAB meredupkan, memerahkan, atau bahkan menghalangi cahaya bintang. Selain itu MAB juga memberikan petunjuk mengenai komposisi materi pembentukan bintang, karena bintang lahir dari MAB ini.

Secara umum terdapat dua jenis penyusun materi antar bintang, yang pertama adalah debu antar bintang dan yang kedua adalah gas. Masing-masing jenis materi ini memberikan pengaruh yang berbeda ketika diamati.

A. Debu Antar Bintang

Materi ini jauh lebih kecil kelimpahannya dibandingkan dengan gas antar bintang, namun pengaruhnya terhadap berkas cahaya visual lebih besar. Hal ini disebabkan ukuran partikelnya yang besar (dalam orde 1/1000 mm), bandingkan dengan panjang gelombang cahaya tampak (1/20000 mm), sehingga materi ini cenderung untuk menyerap dan menghamburkan berkas cahaya. Debu antar bintang ini tersusun dari partikel-partikel es, karbon, atau silikat. Karakteristik debu ini menghasilkan bermacam efek terhadap cahaya bintang, yang akan dijelaskan sebagai berikut.

i. Nebula Gelap

Ada daerah tertentu di ruang antar bintang yang memiliki kepadatan debu yang sangat tinggi, sehingga cukup untuk menjadi awan (nebula) yang kedap cahaya. Walaupun kepadatan partikelnya masih jauh lebih rendah dari pada di Bumi, namun besarnya awan ini mengakibatkan terhalangnya cahaya bintang. Celah gelap memanjang di daerah Cygnus dan Horsehead Nebulae (Kepala Kuda) di Orion adalah contoh nebula gelap, yang menghalangi datangnya berkas cahaya bintang ke arah pengamat.

Horsehead Nebula (Sumber: APOD)

ii. Efek Redupan

Sekumpulan debu dapat juga memberikan efek meredupnya cahaya bintang. Besarnya bervariasi, misalnya 1 magnitudo setiap 1 kiloparsek yang ditempuh cahaya tersebut. Hal ini memunculkan permasalahan ketika akan ditentukan jarak sebuah bintang. Karena dalam menentukan jarak, diperlukan perbandingan antara magnitudo semu dan mutlak. Harga magnitudo semu yang didapat akan mengalami kesalahan akibat dari efek redupan tersebut, sehingga menyebabkan kesalahan pada nilai jarak bintang. Untuk mengatasinya, perlu diketahui terlebih dahulu seberapa besar efek redupan yang dialami cahaya bintang tersebut.

iii. Efek Pemerahan

Penghamburan berkas cahaya tidak sama di semua panjang gelombang. Karena ukuran partikel debu yang kecil, maka hanya gelombang elektromagnetik yang mempunyai panjang gelombang yang pendek yang lebih terkena efek penghamburan ini. Artinya, hanya cahaya ungu dan biru yang paling terkena efeknya. Sementara merah dan jingga tidak mengalami halangan yang berarti ketika melintasi debu antar bintang. Akibat dari kekurangan cahaya ungu dan biru ini, cahaya yang sampai di Bumi akan tampak merah. Hal inilah yang disebut sebagai efek pemerahan.

iv. Nebula Pantulan

Trifid Nebula/M20 (Sumber: APOD)

Hamburan oleh debu antar bintang, terutama cahaya biru, terkadang menerangi daerah di sekitarnya. Akibatnya, awan debu antar bintang ini akan tampak biru karena cahaya bintang di belakangnya melintasi awan debu ini. Contoh dari nebula pantulan ini adalah gugus bintang Pleiades di Taurus serta Nebula Trifid di Sagittarius.

B. Gas Antar Bintang

Materi utama penyusun gas antar bintang adalah hidrogen dengan sedikit helium. Kepadatan gas dalam suatu ruang antar bintang biasanya mencapai 1 atom/cm kubik, sementara di beberapa tempat, kepadatan partikel gas antar bintang dapat mencapai 10^5 atom/cm3 . Namun kerapatan ini masih jauh lebih rendah daripada kepadatan gas di Bumi, 10^19 atom/cm3. Nebula gas ini dibagi menjadi tiga jenis, yaitu daerah H II,  H II, dan awan molekul.

i. Daerah H II, Nebula Emisi

Jika bintang muda dan panas (golongan B dan O) terletak dekat dengan nebula gas, maka pancaran ultra ungu dari bintang tersebut akan mengionisasi gas hidrogen yang terkandung di dalam nebula itu. Ketika inti atom hidrogen menangkap elektron yang lain, pada saat yang bersamaan dipancarkan pula radiasi elektromagnetik dalam panjang gelombang cahaya tampak. Akibatnya, cahaya dari bintang tersebut diubah menjadi cahaya tampak oleh nebula gas ini. Dan jika dilihat spektrumnya, nebula ini memberikan garis emisi yang kuat. Contoh nebula jenis ini adalah Nebula Orion di daerah pedang Orion, Nebula Lagoon dan Nebula Trifid di Sagittarius.

Great Orion Nebula (Sumber: APOD)

Ada dua macam lagi nebula emisi yang berbeda dengan yang disebut di atas. Kedua macam nebula ini dibentuk dalam evolusi bintang. Yang pertama adalah planetary nebula, yaitu ketika sebuah bintang bermassa kecil menjelang evolusi tahap akhirnya, melontarkan selubung gas yang didorong dari bintang akibat tekanan dari dalamnya. Selama proses ini, gelombang UV dari bintang meradiasi selubung tersebut, sehingga terjadi peristiwa yang sama seperti penjelasan sebelumnya. Dan kita dapat melihat sebuah bintang di tengah-tengah awan gas tersebut. Contoh planetary nebula jenis ini adalah Nebula Cincin (M57) di rasi

Lyra.

Planetary Nebula bernama Ring Nebula/M57 (Sumber: APOD)

Yang kedua adalah sisa ledakan supernova. Supernova adalah peristiwa ledakan bintang bermassa besar akibat tekanan yang sangat besar dari bagian pusat bintang. Gas yang tersisa setelah ledakan tersebut menerima pancaran energi dari pusat nebula. Contohnya, Cygnus Loop.

Cygnus Loop (Sumber: APOD)

ii. Daerah H I, Awan Hidrogen Netral

Di daerah awan gas ini, tidak ada sumber gelombang UV yang dapat mengionisasi hidrogennya. Awan ini gelap, dingin dan transparan. Pengamatan objek ini bergantung pada sifat yang dimiliki oleh inti atom hidrogennya.

Diketahui bahwa pada elektron dan inti pada sebuah atom memiliki momentum spin. Keduanya dapat memiliki spin yang searah atau berlawanan. Dalam keadaan spin searah, atom memiliki tingkat energi yang lebih tinggi daripada spin berlawanan. Jika sebuah atom berada dalam keadaan spin searah, maka setelah 10^6 tahun atom tersebut akan berubah ke tingkat energi yang lebih rendah ( spin berlawanan ). Proses ini, disebut ’’electron spin flop’’, akan menghasilkan pancaran energi pada daerah panjang gelombang radio (sekitar 21 cm). Maka, pengamatan yang telah dilakukan pun lebih banyak dilakukan oleh para astronom radio.

iii. Molekul antar bintang

Pengamatan radio telah menghasilkan penemuan sejumlah senyawa dalam sebuah awan gas. Hal ini dapat diketahui dari sifat energi elektromagnetik yang dipancarkan maupun diserap oleh awan gas tersebut. Diantara yang diketahui adalah molekul-molekul organik, molekul yang menjadi dasar kehidupan.. Beberapa diantarnya adalah hidroksil radikal, amonia, air, metil alkohol, metil sianida, formaldehid, hidrogen sianida, dan karbon monoksida. Kelimpahan molekul-molekul ini jauh lebih kecil dari hidrogen.

Kini kita tahu bahwa ruang antar bintang tidaklah sehampa yang kita duga sebelumya. Selain

berperan dalam pembentukan bintang, awan gas dan debu antar bintang juga sangat dekat hubungannya dengan kehidupan kita sehari-hari di planet Bumi ini. Karena disadari atau tidak, semua unsur yang ada di Bumi dan tubuh kita berasal dari awan antar bintang.

 

Galaksi BimasaktiTerdapat banyak bintang, nebula, dan gugus bintang yang bisa diamati di langit setiap malamnya. Semua objek tersebut berada di dalam galaksi kita. Di beberapa bagian bintang nampak padat sehingga ketika langit cerah, bersih dari awan, dan kondisi sekitar yang gelap, kita bisa melihat pita berwarna putih yang memanjang dan melintasi beberapa rasi seperti Sagittarius (arah pusat Galaksi), Scorpius, Ophiucus, Aquila, Cassiopeia, Auriga, Crux, dan Centaurus. Sementara di bagian yang lain tampak celah-celah gelap yang menunjukkan adanya materi antar bintang yang tebal. Itulah (bidang) galaksi yang kita tinggali. Bentuknya yang seperti itu kemudian menginspirasi orang untuk menamakannya dengan sebutan Milky Way. Kata galaksi dan milky way itu sendiri diadaptasi dari bahasa Yunani “galaxias” dan Latin “via lactea” dengan kata dasar lactea yang berarti susu. Sedangkan menurut orang Indonesia, galaksi kita diberi nama Bimasakti. Menurut salah satu sumber dari Observatorium Bosscha, sejarah penamaan ini berasal ketika Presiden RI pertama, Soekarno, ditunjukkan citra galaksi oleh salah seorang astronom Indonesia. Ternyata, Soekarno melihat salah satu bagian gelap di foto tersebut menyerupai tokoh Bima Sakti. Namun tidak diketahui bagian gelap mana yang dimaksud.

Galaksi Bimasakti dilihat dari Bumi (Sumber: eso.org)

Galaksi adalah tempat berkumpulnya bintang-bintang di alam semesta. Hampir tidak ditemukan adanya bintang yang berkelana sendiri di ruang antar galaksi. Dan Matahari termasuk di antara 200 milyar bintang di Galaksi Bimasakti (disingkat dengan Galaksi). Dengan asumsi bahwa rata-rata massa bintang di Galaksi adalah sebesar massa Matahari, maka massa Galaksi dapat mencapai 2 x 10^11 massa Matahari (massa Matahari adalah 2 x 10^30 kg).

Bentuk galaksi Bimasakti seperti dua buah piring cekung yang ditangkupkan, bagian tengahnya tebal dan semakin pipih ke arah tepi, dan terdapat lengan-lengan spiral di dalamnya. Oleh karena itu Galaksi kita digolongkan ke dalam galaksi spiral. Berdasarkan klasifikasi galaksi Hubble, galaksi Bimasakti termasuk dalam kelas SBbc. Artinya, Galaksi kita adalah galaksi spiral yang memiliki “bar” atau palang di bagian pusatnya, dengan kecerlangan bagian pusat yang relatif sama dengan bagian piringan, dan memiliki struktur lengan spiral yang agak renggang di bagian piringannya.

Gambaran Galaksi Bimasakti terbaru (Sumber: NASA/JPL-Caltech)

Jika melihat gambar di atas, mungkin kita akan berpikir bagaimana bisa kita tahu bentuk galaksi kita sendiri sementara kita berada di dalamnya. Caranya adalah dengan perhitungan jarak yang akurat terhadap semua komponen penyusun Galaksi yang dapat kita amati, yaitu bintang-bintang dan bermacam gas dan debu. Dengan mengetahui jaraknya, kita dapat membuat semacam denah Galaksi kita sendiri. Kalau dianalogikan, anggaplah kita berada di sebuah lapangan luas dengan banyak manusia yang tersebar secara acak. Apabila kita punya pengetahuan tentang jarak kita ke setiap orang itu, kita akan dapat membuat plot jarak secara radial. Hasilnya adalah peta sebaran orang-orang tersebut. Karena itulah, kita tidak perlu pergi keluar Galaksi kita untuk melihat bentuknya.

Galaksi spiral tersusun atas 3 bagian utama, yaitu bagian bulge, halo, dan piringan. Ketiganya memiliki bentuk, ukuran, dan objek penyusun yang berbeda-beda. Bahkan, bagian bulge dan piringan menjadi penentu dalam klasifikasi galaksi yang dibuat oleh Hubble (diagram garpu tala).

Bagian bulge adalah daerah di galaksi yang kepadatan bintangnya paling tinggi. Bintang-bintang tua lebih banyak ditemukan daripada bintang muda, karena sangat sedikit materi pembentuk bintang yang terdapat di sini. Bulge ini berbentuk elipsoid seperti bola rugby. Bintang-bintang di dalamnya bergerak dengan kecepatan tinggi dan orbit yang acak, tidak sebidang dengan bidang galaksi. Dari perhitungan kecepatan orbit bintang-bintang di dalamnya, diperoleh kesimpulan bahwa terdapat sebuah benda bermassa sangat besar yang berada di pusat Galaksi yang jauh lebih besar daripada perkiraan sebelumnya. Benda tersebut diyakini adalah sebuah lubang hitam supermasif, yang diperkirakan terdapat di bagian pusat semua galaksi spiral. Termasuk juga di galaksi Andromeda, galaksi spiral terdekat dari Galaksi kita.

Komponen kedua adalah halo. Berbentuk bola, ukuran komponen ini sangat besar hingga jauh membentang melingkupi bulge dan piringan, bahkan mungkin lebih jauh daripada batas terluar piringan galaksi yang bisa kita amati. Objek yang menjadi penyusun halo dibagi menjadi dua kelompok, yaitu stellar halo dan dark halo. Yang dimaksud dengan stellar halo adalah bintang-bintang yang berada di bagian halo. Namun hanya sedikit ditemukan bintang

individu di bagian ini. Yang lebih dominan adalah kelompok bintang-bintang tua yang jumlah bintang anggotanya mencapai jutaan buah, yang disebut dengan gugus bola (globular cluster).

Di bagian piringan terdapat bintang-bintang muda serta gas dan debu antar bintang yang terletak di lengan spiral. Banyak ditemukannya bintang muda dan gas antar bintang sangat berkaitan erat, karena gas adalah materi utama pembentuk bintang. Di beberapa lokasi bahkan ditemukan bintang-bintang muda yang masih diselimuti gas, yang menandakan bahwa bintang-bintang tersebut baru terbentuk. Sedangkan banyaknya debu di piringan membuat pengamat di Bumi kesulitan untuk melakukan pengamatan visual di sekitar bidang Galaksi, terutama ke arah pusat Galaksi (lihat gambar di atas). Karenanya, pengamatan di sekitar bidang Galaksi akan memberikan hasil yang lebih baik jika dilakukan di daerah panjang gelombang radio dan infra merah yang tidak terpengaruh oleh debu antar bintang (lihat gambar di bawah).

Galaksi Bimasakti dalam panjang gelombang infra merah dekat (Sumber: NASA-LAMBDA)

Seberapa besar Galaksi kita? Di bagian pusat Galaksi, bulge hanya memiliki diameter 6 kpc dan tebal 4 kpc (kpc = kiloparsek, 1 parsek = 3,26 tahun cahaya = 206265 SA = 3,086 x 10^13 km). Jarak dari pusat hingga ke bagian tepi Galaksi (jari-jari) adalah 15 kpc dengan ketebalan rata-rata sebesar 300 pc. Sedangkan Matahari berada pada jarak 8 kpc dari pusat. Di posisi itu, Matahari sedang bergerak mengelilingi pusat Galaksi dengan bentuk orbit yang hampir melingkar. Laju orbitnya adalah sekitar 250 km/detik sehingga matahari memerlukan waktu 220 juta tahun untuk berkeliling satu kali. Jika umur matahari adalah 4,6 milyar tahun, berarti tata surya kita sudah mengorbit pusat Galaksi sebanyak 20 kali.

Galaksi kita sebenarnya berada pada sebuah kelompok galaksi yang disebut dengan Grup Lokal, yang ukurannya mencapai 1 MPc dan beranggotakan lebih dari 30 galaksi. Galaksi spiral yang ada di kelompok ini hanya tiga, yaitu Bimasakti, Andromeda, dan Triangulum. Sisanya adalah galaksi yang lebih kecil dengan bentuk elips atau tak beraturan. Grup Lokal ini termasuk kelompok galaksi yang dinamis. Maksudnya adalah bahwa galaksi-galaksi di kelompok ini mengalami interaksi gravitasi, termasuk Galaksi kita dengan galaksi Andromeda. Interaksi tersebut diperkirakan akan mengakibatkan terjadinya tabrakan antara Galaksi kita dengan Andromeda dan kemudian membentuk galaksi elips. Namun tidaklah perlu untuk terlalu khawatir karena peristiwa tersebut baru akan terjadi 2 milyar tahun lagi.

 

 

Sistem Klasifikasi GalaksiGalaksi adalah bentuk pengelompokan bintang terbesar di alam semesta. Namun keberadaan bintang-bintang sebagai penyusun sebuah galaksi tidak diketahui sampai tahun 1920an. Sebelumnya, galaksi yang diamati menyerupai awan itu disebut nebulae, karena pengamatan pada saat itu tidak dapat memberikan resolusi yang cukup untuk memisahkan bintang-bintang penyusun galaksi. Dengan adanya kemajuan teknologi teleskop dan fotografi, bintang-bintang dalam sebuah galaksi mulai dapat diamati.Salah seorang pengamat galaksi adalah Hubble, yang dapat mengidentifikasi bintang-bintang variabel yang terdapat di galaksi Andromeda (M31).

Bintang-bintang tersebut ternyata bersifat sama dengan Cepheid yang ditemukan dalam galaksi Bima Sakti. Kemudian dari hubungan periode – luminositas, Hubble mendapatkan bahwa jarak Andromeda dari Bima Sakti adalah tidak kurang dari 300 kpc, yang berarti bahwa Andromeda berada di luar Galaksi Bima Sakti yang berukuran 50 kpc. Hal ini menjadi penting karena sebelumnya semua nebulae diperkirakan sebagai bagian dari Bima Sakti. Sekarang telah diketahui bahwa jarak Andromeda adalah sekitar 800 kpc.

Terdapat banyak bentuk galaksi di alam semesta ini. Untuk memudahkan dalam mengenali dan membedakan jenis dan bentuk suatu galaksi dibandingkan galaksi lainnya, diperlukan sistem identifikasi yang dapat dipakai di seluruh dunia. Pada tahun 1936, dalam buku The Realm of Nebulae, Hubble membuat pengelompokan galaksi dengan sistem yang lebih dikenal sebagai diagram garpu tala (tuning fork diagram). Sistem ini adalah yang pertama dibuat dan yang paling umum dipakai hingga saat ini. Dalam penggolongan ini, secara umum terdapat empat kelas galaksi, yaitu galaksi elips, lenticular, spiral, dan irregular untuk galaksi yang memiliki bentuk tidak beraturan.

Diagram garpu tala (Sumber: wikipedia).

Galaksi elips memiliki bentuk bundar/elips dan tidak terlihat memiliki piringan pada strukturnya. Menurut Hubble, galaksi elips ini dibagi dalam subkelas berdasarkan bentuknya. Penamaannya menggunakan kode En, dengan E berarti elips, sedangkan n menunjukkan perbandingan antara sumbu mayor (a) dan minor (b) galaksi dengan rumusan n = 10 [1 – (b/a)]. Artinya, galaksi elips yang terlihat bundar dinamakan E0, sedangkan galaksi elips yang sumbu mayornya sebesar dua kali sumbu minornya dinamakan E5, dan seterusnya semakin pipih hingga E7.

Galaksi elips NGC 1132 (Sumber: APOD)

Galaksi lenticular adalah galaksi berbentuk piringan yang merupakan peralihan antara elips dan spiral. Galaksi ini diberi kode S0. Galaksi lenticular ini memiliki bagian inti yang elips dan memperlihatkan adanya struktur piringan, namun pada bagian piringannya tidak terdapat lengan spiral.

Kelas galaksi berikutnya adalah galaksi spiral, yaitu galaksi yang berbentuk piringan dan mempunyai struktur lengan spiral. Kode penamaannya adalah S. Galaksi kelas lenticular dan spiral ini terkadang memiliki struktur bar pada piringannya. Untuk itu Hubble memberikan tambahan kode B pada penamaan masing-masing kelas galaksi yang memiliki bar: SB0 untuk galaksi lenticular dan SB untuk galaksi spiral.

Galaksi lenticular NGC 4452 (Sumber: APOD)

Galaksi spiral normal (S) dan dengan bar (SB), terbagi lagi dalam subkelas a, b, dan c, yang dibedakan menurut dua hal berikut: (1) perbandingan kecerlangan antara komponen bulge dan piringan; dan (2) seberapa dekat jarak antar lengan spiral. Galaksi kelas Sa memiliki bulge lebih besar dan lengan spiral yang lebih rapat jika dibandingkan dengan galaksi kelas Sb dan Sc. Hal yang sama juga berlaku untuk galaksi spiral dengan bar (SB). Penamaan dalam subkelas ini sebenarnya tidak dapat dipisahkan secara tegas. Sehingga, sebuah galaksi dapat termasuk dalam kelas Sab, atau Sbc, dan seterusnya. Lalu bagaimana dengan Galaksi kita, Galaksi Bima Sakti? Dalam penggolongan Hubble ini, Galaksi Bima Sakti ternyata tergolong kelas SBbc.

 

Mengukur Jarak Dengan Bintang CepheidDi tulisan terdahulu, kita dapat menentukan jarak bintang dengan menghitung paralaksnya. Namun metode paralaks itu hanya dapat digunakan untuk bintang-bintang dekat saja karena teknologi yang kita miliki belum dapat menghitung paralaks dengan ketelitian tinggi. Jarak terjauh yang bisa diukur dengan metode paralaks hanya beberapa kiloparsek saja. Lalu bagaimana kita menghitung jarak bintang-bintang yang lebih jauh? Atau bahkan menghitung jarak galaksi-galaksi yang jauh? Salah satu caranya adalah dengan menggunakan hubungan periode-luminositas bintang variabel Cepheid.

Sejarah metode penghitungan jarak ini berawal dari sebuah penelitian tentang hasil pengamatan terhadap bintang variabel (bintang yang kecerlangannya berubah-ubah) yang ada di galaksi Awan Magellan Besar dan Awan Magellan Kecil (LMC dan SMC). Saat itu Henrietta Leavitt, astronom wanita asal Amerika Serikat, membuat katalog yang berisi 1777 bintang variabel dari penelitian tersebut. Dari katalog yang ia buat diketahui bahwa terdapat beberapa bintang yang menunjukkan hubungan antara kecerlangan dengan periode variabilitas. Bintang yang memiliki kecerlangan lebih besar ternyata memiliki periode varibilitas yang lebih lama dan begitu pula sebaliknya. Bentuk kurva cahaya bintang variabel jenis ini juga unik dan serupa, yang ditandai dengan naiknya kecerlangan bintang secara cepat dan kemudian turun secara perlahan.

Bentuk kurva cahaya seperti itu ternyata sama dengan kurva cahaya bintang delta Cephei yang diamati pada tahun 1784. Karena itulah bintang variabel jenis ini diberi nama bintang variabel Cepheid. Penamaan ini tidak berubah walaupun belakangan ditemukan juga kurva cahaya yang sama dari bintang Eta Aquilae yang diamati beberapa bulan sebelum pengamatan delta Cephei.

Kurva cahaya variabel Cepheid. Sumber: rpi.edu

Hubungan sederhana antara periode dan luminositas bintang variabel Cepheid ini bisa digunakan dalam menentukan jarak karena astronom sudah mengetahui adanya hubungan antara luminositas dengan kecerlangan/magnitudo semu bintang yang bergantung pada jarak. Dari pengamatan bintang Cepheid kita bisa dapatkan periode variabilitas dan magnitudonya. Kemudian periode yang kita peroleh bisa digunakan untuk menghitung luminositas/magnitudo mutlak bintangnya dengan formula M = -2,81 log(P)-1,43. Karena luminositas/magnitudo mutlak dan magnitudo semu berhubungan erat dalam formula Pogson (modulus jarak), maka pada akhirnya kita bisa dapatkan nilai jarak untuk bintang tersebut.

Kunci penentu agar metode ini dapat digunakan adalah harus ada setidaknya satu bintang variabel Cepheid yang jaraknya bisa ditentukan dengan cara lain, misalnya dari metode paralaks trigonometri . Jarak bintang akan digunakan untuk menghitung luminositasnya dan selanjutnya bisa digunakan sebagai pembanding untuk semua bintang Cepheid. Oleh karena itu, astronom sampai sekarang masih terus berusaha agar proses kalibrasi ini dilakukan dengan ketelitian yang tinggi supaya metode penentuan jarak ini memberikan hasil dengan akurasi tinggi pula.

Cepheid Di Galaksi M100. Sumber: Hubblesite

Menghitung jarak bintang variabel Cepheid menjadi sangat penting karena kita jadi bisa menentukan jarak gugus bintang atau galaksi yang jauh asalkan di situ ada bintang Cepheid yang masih bisa kita deteksi kurva cahayanya. Di sinilah keunggulan metode ini dibandingkan dengan paralaks, yang hanya bisa digunakan untuk bintang-bintang dekat saja.

Lalu apa sebenarnya yang terjadi pada bintang Cepheid? Bintang ini mengalami perubahan luminositas karena radiusnya berubah membesar dan mengecil. Proses ini terjadi pada salah satu tahapan evolusi bintang, yaitu ketika sebuah bintang berada pada fase raksasa atau maharaksasa merah. Jadi dengan mempelajari bintang variabel Cepheid kita bisa menghitung jarak sekaligus mempelajari salah satu tahapan evolusi bintang.

 

Mengukur Jarak Bintang Dengan ParalaksParalaks adalah perbedaan latar belakang yang tampak ketika sebuah benda yang diam dilihat dari dua tempat yang berbeda. Kita bisa mengamati bagaimana paralaks terjadi dengan cara yang sederhana. Acungkan jari telunjuk pada jarak tertentu (misal 30 cm) di depan mata kita. Kemudian amati jari tersebut dengan satu mata saja secara bergantian antara mata kanan dan mata kiri. Jari kita yang diam akan tampak berpindah tempat karena arah pandang dari mata kanan berbeda dengan mata kiri sehingga terjadi perubahan pemandangan latar belakangnya. “Perpindahan” itulah yang menunjukkan adanya paralaks.

Paralaks juga terjadi pada bintang, setidaknya begitulah yang diharapkan oleh pemerhati dunia astronomi ketika model heliosentris dikemukakan pertama kali oleh Aristarchus (310-230 SM). Dalam model heliosentris itu, Bumi bergerak mengelilingi Matahari dalam orbit yang berbentuk lingkaran. Akibatnya, sebuah bintang akan diamati dari tempat-tempat yang berbeda selama Bumi mengorbit. Dan paralaks akan mencapai nilai maksimum apabila kita mengamati bintang pada dua waktu yang berselang 6 bulan (setengah periode revolusi

Bumi). Namun saat itu tidak ada satu orangpun yang dapat mendeteksinya sehingga Bumi dianggap tidak bergerak (karena paralaks dianggap tidak ada). Model heliosentris kemudian ditinggalkan orang dan model geosentrislah yang lebih banyak digunakan untuk menjelaskan perilaku alam semesta.

Paralaks pada bintang baru bisa diamati untuk pertama kalinya pada tahun 1837 oleh Friedrich Bessel, seiring dengan teknologi teleskop untuk astronomi yang berkembang pesat (sejak Galileo menggunakan teleskopnya untuk mengamati benda langit pada tahun 1609). Bintang yang ia amati adalah 61 Cygni (sebuah bintang di rasi Cygnus/angsa) yang memiliki paralaks 0,29″. Ternyata paralaks pada bintang memang ada, namun dengan nilai yang sangat kecil. Hanya keterbatasan instrumenlah yang membuat orang-orang sebelum Bessel tidak mampu mengamatinya. Karena paralaks adalah salah satu bukti untuk model alam semesta heliosentris (yang dipopulerkan kembali oleh Copernicus pada tahun 1543), maka penemuan paralaks ini menjadikan model tersebut semakin kuat kedudukannya dibandingkan dengan model geosentris Ptolemy yang banyak dipakai masyarakat sejak tahun 100 SM.

Setelah paralaks bintang ditemukan, penghitungan jarak bintang pun dimulai. Lihat ilustrasi di bawah ini untuk memberikan gambaran bagaimana paralaks bintang terjadi. Di posisi A, kita melihat bintang X memiliki latar belakang XA. Sedangkan 6 bulan kemudian, yaitu ketika Bumi berada di posisi B, kita melihat bintang X memiliki latar belakang XB. Setengah dari jarak sudut kedua posisi bintang X itulah yang disebut dengan sudut paralaks. Dari sudut inilah kita bisa hitung jarak bintang asalkan kita mengetahui jarak Bumi-Matahari.

Dari geometri segitiga kita ketahui adanya hubungan antara sebuah sudut dan dua buah sisi. Inilah landasan kita dalam menghitung jarak bintang dari sudut paralaks (lihat gambar di bawah). Apabila jarak bintang adalah d, sudut paralaks adalah p, dan jarak Bumi-Matahari adalah 1 SA (Satuan Astronomi = 150 juta kilometer), maka kita dapatkan persamaan sederhana

tan p = 1/d

atau d = 1/p, karena p adalah sudut yang sangat kecil sehingga tan p ~ p.

Jarak d dihitung dalam SA dan sudut p dihitung dalam radian. Apabila kita gunakan detik busur sebagai satuan dari sudut paralaks (p), maka kita akan peroleh d adalah 206.265 SA atau 3,09 x 10^13 km. Jarak sebesar ini kemudian didefinisikan sebagai 1 pc (parsec, parsek), yaitu jarak bintang yang mempunyai paralaks 1 detik busur. Pada kenyataannya, paralaks bintang yang paling besar adalah 0,76″ yang dimiliki oleh bintang terdekat dari tata surya, yaitu bintang Proxima Centauri di rasi Centaurus yang berjarak 1,31 pc. Sudut sebesar ini akan sama dengan sebuah tongkat sepanjang 1 meter yang diamati dari jarak 270 kilometer. Sementara bintang 61 Cygni memiliki paralaks 0,29″ dan jarak 1,36 tahun cahaya (1 tahun cahaya = jarak yang ditempuh cahaya dalam waktu satu tahun = 9,5 trilyun kilometer) atau sama dengan 3,45 pc.

Hingga tahun 1980-an, paralaks hanya bisa dideteksi dengan ketelitian 0,01″ atau setara dengan jarak maksimum 100 parsek. Jumlah bintangnya pun hanya ratusan buah. Peluncuran satelit Hipparcos pada tahun 1989 kemudian membawa perubahan. Satelit tersebut mampu mengukur paralaks hingga ketelitian 0,001″, yang berarti mengukur jarak 100.000 bintang hingga 1000 parsek. Sebuah katalog dibuat untuk mengumpulkan data bintang yang diamati oleh satelit Hipparcos ini. Katalog Hipparcos yang diterbitkan di akhir 1997 itu tentunya membawa pengaruh yang sangat besar terhadap semua bidang astronomi yang bergantung pada ketelitian jarak.