Bintang dengan Atmosfer Karbon

Para astronom telah menemukan suatu bintang kerdil putih (white dwarf) dengan atmosfer yang terdiri atas karbon. Penemuan ini menawarkan pandangan yang unik mengenai inti sebuah bintang yang sedang menjelang ajalnya.

Bintang ini kemungkinan sedang melalui tahapan evolusi yang sebelumnya belum dikenal oleh para astronom. Bintang semacam ini mungkin berevolusi dari bintang yang sedikit kurang masif untuk meledak sebagai supernova. Hampir semua bintang, kecuali sekitar dua atau tiga persen diantaranya akan menemui ajalnya sebagai bintang kerdil putih, alih-alih meledak sebagai supernova.

Saat bintang membakar heliumnya, ia meninggalkan “abu” dari karbon dan oksigen. Saat bahan bakar nuklirnya telah habis, bintang tersebut akan mati sebagai suatu bintang kerdil putih, suatu objek yang sangat mampat, dengan massa sebesar matahari namun dengan ukuran hanya sebesar bumi. Para astronom meyakini bahwa kebanyakan bintang kerdil putih memiliki inti yang terdiri atas karbon dan oksigen yang tersembunyi dibawah atmosfer yang terdiri dari hidrogen dan helium. Sebaliknya. mereka tidak pernah memperkirakan adanya bintang dengan atmosfer yang terdiri atas karbon.

“Kami telah menemukan bintang yang tidak menyimpan jejak helium dan karbon yang terdeteksi pada atmosfernya,” jelas astronom Patrick Dufour dari Steward Observatory, University of Arizona. “Kami mungkin sebenarnya sedang mengamati secara langsung suatu inti bintang tanpa selubung apapun. Kemungkinan kita telah mendapati sebuah jendela yang membuat kita dapat mengamati perapian nuklir pada bintang dan melihat abu dari reaksi nuklir yang dulu pernah terjadi.”

Dufour, bersama James Lieber, Profesor Astronomi dari University of Arizona, dan para koleganya di Université de Montréal dan Paris Observatory mempublikasikan penemuan mereka dalam jurnal Nature edisi 22 November lalu.

Bintang tersebut ditemukan diantara sekitar 10.000 bintang kerdil putih yang ditemukan dalam Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Survey SDSS telah menemukan bintang kerdil putih dalam jumlah sekitar empat kali jumlah yang sebelumnya diketahui.

Lieber mengidentifikasi beberapa lusin dari bintang kerdil putih yang baru ditemukan itu sebagai kerdil putih “DQ” pada tahun 2003. Saat diamati pada cahaya optik, bintang DQ kelihatannya terdiri atas helium dan karbon. Para astronom meyakini bahwa proses perpindahan panas (konveksi) di zona helium turut membawa karbon dari inti karbon-oksigen pada bintang.

Dufour mengembangkan model untuk menganalisis atmosfer pada bintang DQ sebagai bagian dari riset doktoralnya di Université de Montréal. Modelnya mensimulasikan bintang DQ yang dingin, dengan temperatur antara 5.000 hingga 12.000 derajat Kelvin. Sebagai perbandingan, temperatur permukaan Matahari kita berkisar pada 5.780 derajat Kelvin.

Saat Dufour bergabung dengan Steward Observatory pada bulan Januari, ia memperbarui modelnya untuk menganalisis bintang yang lebih panas, dengan suhu berkisar 24.000 derajat Kelvin. Semula ia berpikir bahwa sebagaimana halnya bintang yang lebih dingin, bintang DQ yang lebih panas juga kaya akan helium dan menyimpan sedikit jejak karbon. Namun saat ia menganalisis model bintang yang lebih panas, ia menyadari bahwa kendati ia menambah kelimpahan karbonnya, model yang ia susun masih belum sesuai dengan data dari SDSS.

Dalam kebingungannya, pada Mei 2007 Dufour memutuskan untuk mencoba memodelkan atmosfer karbon murni, dan berhasil. Ia menemukan bahwa kalkulasinya terhadap model karbon murni akan mereproduksi spektra yang sesuai dengan apa yang diamati. Sebelumnya belum pernah ada astronom yang mengkalkuasi model atmosfer karbon, karena tidak ada yang mempercayai eksistensi sistem semacam itu. Hal itu tentu saja sangat mengejutkan.

Dufour bersama para koleganya telah mengidentifikasi delapan bintang kerdil putih yang atmosfernya didominasi oleh karbon diantara 200 bintang DQ dari data SDSS yang telah mereka periksa sejauh ini.

Misteri besarnya adalah mengapa atmosfer karbon tersebut hanya didapati pada bintang dengan suhu 18.000 hingga 23.000 derajat Kelvin. Bintang-bintang tersebut terlalu panas untuk dijelaskan melalui skenario konveksi, jadi semestinya ada penjelasan lain untuk itu.

Dufour dan Liebert memperkirakan bahwa bintang-bintang tersebut telah berevolusi dari sebuah bintang yang mirip dengan sebuah bintang unik yang jauh lebih panas, H1504+65, yang ditemukan oleh astronom dari Pennsylvania State University, John A. Nousek. Apabila benar demikian, maka bintang beratmosfer karbon itu merepresentasikan sebuah tahapan evolusi bintang yang belum dikenal sebelumnya.

H1504+65 adalah bintang yang sangat masif, dengan suhu berkisar 200.000 derajat Kelvin. Para astronom percaya bahwa bintang ini karena sesuatu hal melepaskan seluruh kandungan hidrogennya beserta sebagian besar kecuali sedikit jejak helium, meninggalkan inti tanpa selubung yang terdiri atas 50 persen karbon dan 50 persen hidrogen.

“Kami memperkirakan bahwa saat sebuah bintang seperti H1504+65 mendingin, ia sewaktu-waktu dapat menjadi semacam bintang karbon murni,” demikian Dufour. Apabila sebuah bintang masif mendingin, gravitasinya akan memisahkan karbon, oksigen, dan jejak helium. Pada suhu 25.000 derajat Kelvin, jejak helium akan terangkat ke permukaan, membentuk lapisan tipis diatas selubung karbon yang lebih masif, dan secara efektif menyamarkan bintang bersangkutan sebagai kerdil putih dengan atmosfer helium.

Namun dalam rentang suhu 18.000 hingga 23.000 derajat Kelvin, konveksi pada zona karbon mungkin telah mencairkan lapisan helium. Pada rentang suhu tersebut, oksigen, yang lebih berat daripada karbon, mungkin telah terbenam terlalu dalam untuk bisa terdorong ke permukaan. Dufour dan koleganya menyatakan bahwa model yang berlaku pada bintang bermassa antara 9 hingga 11 kali massa matahari ini mungkin dapat menjelaskan keberadaan bintang karbon tersebut.

Pada 1999, para astronom telah memprediksi bahwa bintang dengan massa 9 hingga 10 kali masssa massa matahari akan menjelma menjadi bintang kerdil putih dengan inti oksigen-magnesium-neon, dengan atmosfer yang didominasi karbon-oksigen. Sementara itu, bintang yang lebh masif akan meledak sebagai sebuah supernova.

Para ilmuwan masih belum dapat menentukan garis batas yang jelas, apakah bintang dengan massa sebesar 8, 9, 10, atau 11 kali matahari yang akan berakhir sebagai sebuah supernova. Pertanyaan kuncinya adalah, apakah bintang dengan atmosfer karbon ini adalah hasil evolusi dari bintang bermassa 9 atau 10 kali massa matahari. Sayangnya, jawabannya hingga kini masih belum diketahui.

Para astronom dari University of Arizona merencanakan untuk mengadakan observasi lanjutan terhadap bintang-bintang beratmosfer karbon tersebut untuk menentukan massanya secara lebih akurat. Observasi akan diadakan pada Desember mendatang dengan menggunakan teleskop 6,5 meter milik MMT Observatory di Mount Hopkins, Arizona. Diharapkan observasi ini juga dapat menentukan limit massa yang menunjukkan apakah suatu bintang akan berakhir sebagai kerdil putih ataukah supernova. (uanews.org)