BINTANG & GALAKSIBINTANG & GALAKSI
• Pembangkitan Energi • Klasifikasi Bintang: Kelas spektrum & luminositas• Bintang Ganda• Asal – Usul dan Tipe GalaksiKompetensi Dasar:Memahami konsep bintang & galaksi
Judhistira Aria Utama, M.Si.Lab. Bumi & Antariksa
Jur. Pendidikan Fisika FPMIPA UPI
2
Pembangkitan EnergiPembangkitan EnergiBintang-bintang terbentuk dari keruntuhan
material di bawah pengaruh gravitasi. Berapa lama energi potensial gravitasi mam-pu mensuplai energi yang membuat bintangtetap bersinar (gravitational lifetime)?
Energi potensial gravitasi bola homogen bermassa M dengan radius R dan kerapatan :
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
23 GMU
5 R
3
Kala hidup = Energi yang disimpan : Laju energi yang dipancarkan
g
2
g 2 4ef
Et
dE dt
3 GM5 R
t4 R T
Kala hidup yang diperoleh disebut sebagai Kelvin time.
Bagaimana dengan usia temuan fosil/batuan?
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
4
Sumber energi alternatif reaksi kimia.Energi total = Energi dari total atom di dalam bintang Apa unsur yang paling banyak di bintang– bintang?Dengan menganggap setiap atom
menyum-bang 1 eV energi, maka:
2 4ef
EKala hidup
dE dt
partikel Energi tiap atom
4 R T
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
5
Solusi bagi sumber energi di bintang-bintang reaksi nuklir.
Ragam reaksi nuklir:* Reaksi peluruhan Pemancaran partikel (, ,
dan )* Reaksi fisi Pembentukan unsur-unsur ringan
dari unsur berat* Reaksi fusi Pembentukan unsur berat dari
unsur-unsur ringanReaksi fusi:
unsur-unsur ringan tersedia melimpah sulit dimulai
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
6
Untuk bintang-bintang yang masih berada di deret utama (main sequence), sumber utama energinya konversi 1H1 menjadi 4He2.
Jenis reaksi fusi nuklir untuk bintang-bintang seperti Matahari adalah reaksi proton – proton.
1 1 2
2 1 3
3 3 4 1 1
H H H e 2x
H H He 2x
He He He H H
Reaksi netto mengubah 4 1H1 menjadi 1 4He2.
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
7
Defek massa:
4 massa proton 1 massa helium 0,007 massa proton
Hanya 0,7% dari massa masing-masing proton
yang dikonversi menjadi energiEnergi yang dibangkitkan:
2E mcKala hidup bintang:
nuklirnuklir
Et
dE dt
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
8
LatihanJika hanya 10% dari massa Matahari (1,99x1030 kg) yang berada di pusat bintang yang memiliki temperatur tinggi bagi berlangsungnya reaksi nuklir, taksirlah kala hidup Matahari yang diperoleh dari reaksi nuklir tersebut!Petunjuk:dE/dt = Luminositas = 4R2Tef
4,
Radius Matahari = 696.000 kmTemperatur efektif Matahari = 5800 K
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
9
Klasifikasi BintangKlasifikasi Bintang
Spektrum bintang berbeda antara satu dengan lainnya Bagaimana pembentukan spektrum bintang?
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
10
Hukum Kirchoff tentang Hukum Kirchoff tentang Pembentukan Spektrum BintangPembentukan Spektrum Bintang
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
11
Klasifikasi Spektrum Klasifikasi Spektrum BintangBintangKlasifikasi Spektrum Klasifikasi Spektrum BintangBintang
A. J. Cannon(1863 –
1941)
Oh, Be, A, Fine, Girl, Kiss, Me
Oh, Be, A, Fine, Guy, Kiss, Me
Klasifikasi spektrum bintang yang sekarang digunakan merupakan karya Miss Cannon yang merupakan perbaikan dari klasifikasi Miss Maury.
Klasifikasi Miss Annie J. Cannon:O B A F G K M
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
12
SubkelasSubkelasKlasifikasi spektrum bintang O, B, A, F, G, K, M masih dapat dibagi lagi ke dalam sub-subkelas, yaitu:
O0, O1, O2, O3, ………, O9B0, B1, B2, B3, . . . . . . . . ., B9A0, A1, A2, A3, ...………, A9F0, F1, F2, F3, ………….., F9dstM0, M1, M2, M3, ………..., M9Spektrum bintang berbeda antara satu dengan
lainnya Perbedaan komposisi kimia Perbedaan temperatur permukaan
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
13
Klasifikasi Luminositas Klasifikasi Luminositas BintangBintangBintang dalam kelas spektrum tertentu
ternyata dapat mempunyai luminositas yang berbeda.
Pada tahun 1913, Adam dan Kohlscutter di Observatorium Mount Wilson menunjukkan ketebalan beberapa garis spektrum dapat digunakan untuk menentukan luminositas bintang.
Berdasarkan hal ini, pada tahun 1943 Morgan dan Keenan dari Observatorium Yerkes membagi bintang dalam kelas luminositas yaitu:
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
14
Kelas IaKelas Ia Maharaksasa yang sangat Maharaksasa yang sangat terangterang
Kelas IbKelas Ib Maharaksasa yang kurang Maharaksasa yang kurang terangterang
Kelas IIKelas II Raksasa yang terangRaksasa yang terang
Kelas III Kelas III RaksasaRaksasa
Kelas IVKelas IV SubraksasaSubraksasa
Kelas VKelas V Deret utamaDeret utama
Kelas luminositas bintang dari Morgan-Keenan (MK) digambarkan dalam diagram Hertzprung-Russell (diagram HR).
Kelas Luminositas Bintang (Kelas Kelas Luminositas Bintang (Kelas MK)MK)
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
Simulator Ragam Simulator Ragam SpektrumSpektrum
15Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
Simulator Diagram HRSimulator Diagram HR
16Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
Bagaimana Menghitung Bagaimana Menghitung Luminositas?Luminositas?
Judhistira Aria Utama | TA 2009 - 2010 17
18
G2 V : Bintang deret utama kelas spektrum G2
Klasifikasi spektrum bintang sekarang ini merupakan penggabungan dari kelas spektrum dan kelas luminositas.
G2 Ia : Bintang maharaksasa yang sangat terang kelas spektrum G2
B5 III : Bintang raksasa kelas spektrum B5B5 IV : Bintang subraksasa kelas spektrum
B5
Contoh:
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
19
O5 V
B0 V
B5 V
A1 V
A5 V
F0 V
F5 V
G0 V
G4 V
K0 V
K5 V
M0 V
M5 V
HHβHγHδH
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
20
Bintang GandaBintang GandaBintang ganda (binary stars) adalah
dua buah bintang yang terikat satu sama lain di bawah pengaruh interaksi gravitasi bersama. Apabila sistem bintang ini lebih dari
dua, maka disebut sebagai bintang majemuk (multiple stars).
Bintang primer
Bintang sekunder
Periastron
Apastron
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
21
Dalam gerak orbitnya, kedua komponen bintang ganda bergerak mengitari pusat massa sistem dalam lintasan yang berupa elips dengan titik pusat massa berada di titik fokus elips orbit tersebut.
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
22
i
Ωω
periastron
garis node
utara
pengamat
bidang
langit
atitik fokus
bidang
orbit
Komponen orbit Komponen orbit bintang gandabintang ganda
Garis node: garis potong antara bidang orbit dengan bidang langit yang melewati titik fokus elips.
ω = bujur periastron (sudut di bidang orbit dari garis node ke periastron
= kedudukan garis node (sudut di bidang langit dari utara ke garis node)
a = setengah sumbu panjang
i = inklinasi bidang orbit terhadap bidang langit
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
23
Jenis bintang ganda:* Bintang ganda visual* Bintang ganda astrometri* Bintang ganda spektroskopi* Bintang ganda gerhana
T = saat bintang melewati periastron
e = eksentrisitas
P = periode orbit atau kalaedar
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
24
Bintang ganda visual
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
Kedua komponen bintang ganda dapat teramati dengan mudah
dengan bantuan teleskop.
Jarak pisah antarkomponen relatif besar periode orbit
puluhan hingga ratusan tahun.
25
Bintang ganda
gerhana
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
Terjadi penggerhanaa
n antarkompone
n secara periodik yang diketahui dari
perubahan kecerahan/terang bintang
secara berkala.
26
Bintang ganda
astrometri
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
Salah satu komponen bintang ganda tidak dapat diamati karena jauh lebih redup daripada pa-sangannya. Bagaimana mengeta-hui kalau objek ini merupakan sistem bintang ganda?
27
Penentuan Massa komponenPenentuan Massa komponen
Tinjau dua buah bintang yang membentuk sistem bintang ganda dalam orbit lingkaran dengan jarak masing-masing komponen ke pusat massa adalah r1 dan r2. Jarak pusat ke pusat kedua komponen adalah:
1 2
21
1
r r r
r r 1
r
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
28
Dari Teorema Pusat Massa dan Hukum Kekekalan Momentum, didapat:
11 2 2
1 1 2 2
1 2 2
2 1 1
mr mr
mv m v
m r v
m r v
Dari Hukum III Kepler:
31 2
2 2
G m mrP 4
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
29
Selain dengan menggunakan Hukum III Kepler, massa total sistem bintang ganda dapat dihitung pula dengan formula berikut ini:
dengan v1 dan v2 masing-masing menyatakan kecepatan radial komponen 1 dan 2 serta i sudut inklinasi antara bidang orbit dengan bidang langit (bidang yang tegalu lurus terhadap garis pandang pengamat).
3 31 2 1 2
Pv v m m sin i
2 G
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
30
Latihan
1. Sebuah sistem bintang ganda diketahui memiliki periode orbit 10 tahun dengan orbit yang edge-on. Kecepatan radial kedua komponen masing-masing adalah 10 km/s dan 20 km/s. Tentukan massa masing-masing komponen!
2. Sebuah pulsar sinar-X baru dengan periode 42 menit telah ditemukan oleh ilmuwan dari MIT. Bintang netron bergerak dalam orbit lingkaran terhadap pusat massa bersama dengan kecepatan 11 km/s, sementara pasangaannya yang tak terlihat memiliki kecepatan orbit 770 km/s. Carilah massa masing-masing bintang tersebut!
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
31
Latihan
Kurva kecepatan sebuah bintang ganda spektroskopi bergaris ganda dengan sudut inklinasi 900 ditunjukkan di bawah ini. Tentukan periode orbit, kecepatan orbit bintang 1 dan 2, nisbah massa (mass ratio) kedua bintang, dan massa kedua bintang (dalam M)!
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
32
ASAL – USUL & TIPE ASAL – USUL & TIPE GALAKSIGALAKSIGalaksi adalah kumpulan bintang dan materi antarbintang yang terisolasi di bawah pengaruh gravitasi.
Di dalam galaksi
terdapat 107 - 1012 buah
bintang. Di Bima Sakti (Milky Way)
terdapat tidak kurang dari 2x1011 buah
bintang.Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
33
gerak teratur objek-objek piringan
bintang-bintang muda
debu dan gas
debu dan gas jatuh ke bidang
gerak tak beraturan objek-objek halo
“Adakah mekanisme
yang mengantarka
n galaksi untuk
sampai pada bentuknya
yang sekarang?”
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
34
Klasifikasi GalaksiKlasifikasi GalaksiGalaksi diklasifikasikan menurut morfologinya.Klasifikasi yang tegas sulit dilakukan citra
yang berbeda-beda.Klasifikasi yang biasa digunakan adalah skema
klasifikasi “garpu tala” Hubble-Sandage:
© Chaisson & McMillanAstronomy Today
Rasio Bulge/disk
Keterbukaan lengan
Jumlah debu dan gasTipe awal Tipe akhir
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
35
Bima Sakti adalah galaksi spiral (tipe Sbc?).
Memiliki ketiga komponen galaksi: piringan (disk), tonjolan (bulge), dan
struktur bola (halo) yang melingkupi disk dan
bulge.
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013
36
Piringan Galaksi Halo Galaksi Bulge Galaksi
Relatif datar (highly flatte-ned)
Relatif sferis dengan sedikit saja pendataran
Berbentuk lonjong
Dihuni oleh bintang-bintang muda dan tua
Dihuni oleh bintang-bintang tua
Dihuni oleh bintang-bintang muda dan tua (lebih banyak bintang tua di jarak yang lebih besar dari pusat galaksi)
Mengandung gas dan debu
Tidak mengandung gas dan debu
Mengandung gas dan debu, terutama di daerah sebelah dalam
Daerah pembentukan bin-tang
Tidak terjadi proses pem-bentukan bintang
Daerah sebelah dalam menjadi tempat pemben-tukan bintang
Gas dan bintang-bintang bergerak dalam orbit me-lingkar di bidang galaksi
Bintang-bintang di dalamnya bergerak dalam orbit yang acak
Bintang-bintang di dalam-nya bergerak dalam orbit yang acak
Terdapat lengan spiral
Terdapat gugus bola dan arus pasang (tidal stream)
Terdapat cincin gas dan debu di dekat pusat
Berwarna putih dengan lengan spiral yang biru
Berwarna kemerahanBerwarna kuning-
putih
Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013