Dari Mana Asal Cahaya Bersinar Bintang Saat Malam?

Dengan mempelajari bintang dan nebula, para astronom menemukan bagaimana bintang dilahirkan, menjadi tua, dan mati. Yang paling dekat dari semua bintang bintang di Bumi adalah Matahari. Meskipun manusia telah menggunakan kehangatan Matahari sejak awal spesies kita, baru pada 1920-an dan 1930-an fisikawan menemukan bagaimana bintang Matahari bersinar. Di pusat Matahari, reaksi termonuklear (disebut demikian karena membutuhkan suhu yang sangat tinggi) mengubah hidrogen (konstituen utama Matahari) menjadi helium. Proses pengerasan ini melepaskan sejumlah besar energi, yang akhirnya membuat jalan ke permukaan Matahari dan lolos sebagai cahaya. Semua cahaya bintang yang dapat Anda lihat di langit malam hari juga bersinar oleh reaksi termonuklir (Gambar 1). Pada tahun 1950, fisikawan dapat mereproduksi reaksi termonuklir semacam itu di Bumi dalam bentuk bom hidrogen (Gambar 2). Dan di masa depan, mengubah hidrogen menjadi helium suatu hari nanti mungkin menawarkan metode di mana lebih bersih untuk produksi energi nuklir.

Gambar 1, Bintang bintang malam seperti Butiran Pasir: Gambar Hubble Space Telescope ini menunjukkan ribuan bintang di rasi Sagitarius. Setiap bintang bersinar karena reaksi termonuklir di mana melepaskan energi di interiornya. Warna cahaya berbeda menunjukkan bintang dengan suhu permukaan berbeda: bintang dengan permukaan terpanas tampak biru saat malam, sedangkan bintang dengan permukaan suhu lebih rendah tampak cahaya merah. (Tim Sejarah Hubble, AURA / STScI / NASA)

Gambar 2, Ledakan Termonuklir Bom hidrogen menggunakan prinsip fisik yang sama dengan reaksi termonuklir di pusat Matahari: konversi materi menjadi energi dengan reaksi nuklir. Ledakan termonuklir ini pada 31 Oktober 1952, memiliki output energi setara dengan 10,4 juta ton TNT. Ini hanya sepersepuluh miliar dari jumlah energi yang dilepaskan oleh Matahari dalam satu detik. (Badan Pertahanan Nuklir)

Reaksi termonuklir membutuhkan bahan yang menyusun bintang itu sendiri, ini berarti bahwa bintang tidak dapat bertahan selamanya. Sebaliknya, bintang harus terbentuk, berevolusi, dan akhirnya mati.

Plengdut Note: Para astronom sering menggunakan istilah biologis seperti "kelahiran" dan "kematian" untuk menggambarkan tahapan dalam evolusi benda mati seperti bintang. Perlu diingat bahwa istilah tersebut hanya digunakan sebagai analogi, di mana membantu kami memvisualisasikan tahapan bintang ini. Jangan diartikan secara harfiah!

Kisah Kehidupan Bintang

Tingkat di mana bintang memancarkan energi dalam bentuk cahaya memberitahu kita seberapa cepat mereka mengkonsumsi "bahan bakar" termonuklir mereka, dan karenanya berapa lama mereka dapat terus bersinar sebelum mencapai akhir masa hidup mereka. Semakin banyak bintang masif memiliki "bahan bakar" termonuklir lebih banyak, tetapi mengkonsumsinya dengan kecepatan luar biasa sehingga mereka menjalani kehidupan mereka hanya dalam beberapa juta tahun. Semakin sedikit bintang masif memiliki lebih sedikit bahan untuk dikonsumsi, tetapi reaksi termonuklir mereka berlangsung sangat lambat sehingga masa hidup mereka diukur dalam miliaran tahun. (Bintang kita sendiri, Matahari, berada di usia paruh baya, awal: bintang 4,56 miliar tahun, dengan masa hidup 12,5 miliar tahun.)

Meskipun tidak ada astronom yang dapat menyaksikan bintang tunggal melewati semua tahap kehidupannya, kami telah mampu menyatukan kisah kehidupan bintang-bintang dengan mengamati banyak bintang di mana berbeda pada titik yang berbeda dalam siklus kehidupan mereka. Potongan-potongan penting dari teka-teki telah disingkap dengan mempelajari awan besar gas antarbintang, di mana disebut nebu-lae (nebula tunggal), yang ditemukan tersebar di langit.

Dalam beberapa nebula, seperti Nebula Orion yang ditunjukkan pada Gambar 3, bintang-bintang dilahirkan dari bahan nebula itu sendiri. Nebula lain mengungkapkan apa yang terjadi ketika reaksi termonuklir berhenti dan bintang mati. Beberapa bintang yang jauh lebih masif daripada Matahari mengakhiri hidup mereka dengan ledakan spektakuler yang disebut supernova (plural supernova) yang membuat bintang terpecah. Nebula Kepiting (Gambar 4) adalah contoh mencolok dari sisa yang ditinggalkan supernova bintang.

Bintang yang sekarat dapat menghasilkan beberapa benda teraneh di langit. Beberapa bintang mati menjadi pulsar, yang berputar cepat dengan kecepatan puluhan atau ratusan rotasi per detik. Dan beberapa bintang mengakhiri kehidupan mereka sebagai benda padat yang hampir tak terbayangkan yang disebut lubang hitam, yang gravitasinya sangat kuat sehingga tidak ada (bahkan cahaya) yang bisa lolos. Meskipun lubang hitam itu sendiri pada dasarnya tidak memancarkan radiasi, sejumlah lubang hitam telah ditemukan oleh teleskop Earthorbiting. Ini dilakukan dengan mendeteksi sinar X yang dipancarkan oleh gas yang jatuh ke lubang hitam.

Selama pergolakan kematian mereka, bintang-bintang mengembalikan gas yang mereka buat ke ruang antarbintang. (Gambar 4 menunjukkan gas-gas yang dikeluarkan ini berkembang jauh dari lokasi ledakan supernova.)

Gambar 3: Nebula Orion — Tempat Lahirnya Bintang. Nebula yang indah ini adalah Orion merupakan “kamar lahirnya bayi” bintang di mana bintang terbentuk dari gas nebula. Cahaya ultraviolet yang intens dari bintang-bintang yang baru lahir menggairahkan gas di sekitarnya dan membuatnya menyala dan terlihat saat malam dari bumi. Banyak bintang yang tertanam dalam nebula ini berusia kurang dari satu juta tahun, interval singkat dalam kehidupan bintang biasa. Nebula Orion berjarak sekitar 1500 tahun cahaya dari Bumi dan sekitar 30 tahun cahaya. (NASA, ESA, M. Robberto / STScI / ESA, dan Tim Proyek Tresuri Teleskop Antariksa Hubble Orion)

Gambar 4: Nebula Kepiting — Reruntuhan Bintang yang Meledak. Ketika bintang yang sekarat meledak di sebuah supernova, bintang itu meninggalkan kafan pemakaman berisi gas bercahaya yang meledak dengan hebatnya ke angkasa. Seribu tahun setelah ledakan, gas-gas ini masih bergerak keluar sekitar 1800 kilometer per detik (sekitar 4 juta mil per jam). Nebula Kepiting berjarak 6500 tahun cahaya dari Bumi dan sekitar 13 tahun cahaya. (NASA, ESA, J. Hester dan A. Loll / Arizona State University)

Gas ini mengandung unsur-unsur berat ( yaitu, unsur-unsur yang lebih berat daripada hidrogen dan helium) yang diciptakan selama masa bintang oleh reaksi termonuklir di bagian dalamnya. Dengan demikian, ruang antar bintang diperkaya dengan atom dan molekul yang baru diproduksi. Matahari dan planet-planetnya terbentuk dari bahan antarbintang yang diperkaya dengan cara ini. Ini berarti bahwa atom-atom besi dan nikel yang membentuk Bumi, serta karbon dalam tubuh bumi dan oksigen yang kita hirup, diciptakan jauh di dalam bintang-bintang kuno. Dengan mempelajari bintang dan evolusinya, kita benar-benar mempelajari asal usul kita sendiri.