Tabrakan Dahsyat Bintang Neutron Lahirkan Lubang Hitam Terkecil

PARA astronom menyaksikan tabrakan dahsyat antara dua bintang neutron. Tabrakan itu menghasilkan lahirnya lubang hitam terkecil yang pernah ditemukan dan menciptakan logam berharga, seperti emas, perak, dan uranium.

Tim ilmuwan ini berhasil merekam momen dahsyat dari tabrakan tersebut, yang terjadi 130 juta tahun cahaya dari Bumi di galaksi NGC 4993. Gambar ini diambil menggunakan berbagai instrumen, termasuk Teleskop Luar Angkasa Hubble, dan diharapkan dapat memberi gambaran tentang "masa lalu, masa kini, dan masa depan" dari penggabungan bintang-bintang mati yang sangat padat ini. Penemuan ini juga bisa mengungkap asal usul elemen-elemen yang lebih berat dari besi, yang tidak dapat terbentuk bahkan di bintang-bintang raksasa sekalipun.

Tabrakan dan penggabungan bintang neutron menghasilkan ledakan cahaya yang kuat yang dikenal sebagai "kilonova." Saat sisa-sisa dari peristiwa ini menyebar hampir secepat cahaya, kilonova menerangi sekitarnya dengan cahaya seterang ratusan juta matahari.

Baca juga : Penelitian Terbaru: Lubang Hitam Mungkin Menjadi Sumber Energi Gelap

Sebuah tim peneliti yang dipimpin ilmuwan dari Cosmic DAWN Center di Institut Neils Bohr tiba pada gambaran baru tentang penggabungan bintang neutron ketika mereka menyelidiki misteri kilonova.

"Kini kita dapat melihat momen ketika inti atom dan elektron bersatu dalam cahaya yang tertinggal," kata anggota tim Rasmus Damgaard, seorang peneliti di Cosmic DAWN Center, dalam sebuah pernyataan. "Untuk pertama kalinya, kita dapat melihat penciptaan atom, mengukur suhu materi, dan menyaksikan mikrofisika dalam ledakan jauh ini."

"Ibaratnya seperti mengagumi radiasi latar kosmik yang mengelilingi kita dari segala sisi, namun di sini kita melihat semuanya dari luar. Kita bisa melihat sebelum, selama, dan sesudah momen kelahiran atom."

Baca juga : Bintang Neutron Tercepat yang Pernah Diamati: Keajaiban Baru di Galaksi Bimasakti

Emas pada perhiasan Anda berasal dari peristiwa paling dahsyat di alam semesta. Bintang neutron terbentuk ketika bintang yang massanya setidaknya 8 kali lebih besar dari matahari kehabisan bahan bakar untuk fusi nuklir dan tidak lagi mampu menahan gravitasinya sendiri.

Lapisan luar bintang-bintang ini terhempas dalam ledakan supernova, meninggalkan inti dengan massa setara 1 hingga 2 matahari yang dihimpit menjadi diameter sekitar 20 kilometer.

Kehancuran inti memaksa elektron dan proton bergabung, menciptakan lautan partikel yang disebut neutron. Materi ini begitu padat sehingga hanya satu kubik gula dari materi bintang neutron akan memiliki berat 1 miliar ton jika dibawa ke Bumi, setara dengan menjejalkan 150 juta gajah ke dalam ruang sebesar kubik gula.

Baca juga : Terungkap! Gambar Lubang Hitam Supermasif Sgr A* di Pusat Galaksi

Tidak mengherankan jika materi ekstrim dan eksotis ini memainkan peran penting dalam menciptakan elemen-elemen yang lebih berat dari besi.

Bintang neutron tidak selalu hidup sendirian. Beberapa bintang mati ini menempati sistem biner bersama dengan bintang pasangan yang masih hidup. Dalam kasus langka, bintang pasangan ini juga cukup masif untuk menciptakan bintang neutron, dan tidak "terlempar" oleh ledakan supernova yang menciptakan bintang neutron pertama.

Hasilnya adalah sistem dengan dua bintang neutron yang saling mengorbit. Objek-objek ini begitu padat sehingga saat mereka berputar mengelilingi satu sama lain, mereka menghasilkan riak dalam ruang-waktu (penyatuan empat dimensi dari ruang dan waktu) yang disebut gelombang gravitasi yang merambat melalui ruang, membawa momentum sudut.

Baca juga : Wow Astronom Temukan Sistem Tiga Lubang Hitam Pertama

Seiring hilangnya momentum sudut, orbit bintang neutron semakin rapat, mendekatkan kedua bintang neutron satu sama lain. Ini membuat gelombang gravitasi semakin kuat dan cepat, membawa lebih banyak momentum sudut.

Keadaan ini berakhir saat bintang neutron cukup dekat sehingga gravitasi besar mereka saling menarik dan membuat kedua bintang mati ini bertabrakan dan bergabung.

Tabrakan ini menyemburkan materi kaya neutron dengan suhu miliaran derajat, ribuan kali lebih panas dari matahari. Suhu ini sangat panas, mirip dengan suhu alam semesta yang mengembang cepat satu detik setelah Big Bang.

Partikel yang terlontar seperti elektron dan neutron berputar-putar di sekitar objek yang dihasilkan oleh tabrakan bintang neutron ini, yang kemudian dengan cepat runtuh membentuk lubang hitam dalam kabut plasma yang mendingin dalam beberapa hari berikutnya.

Atom-atom dalam awan plasma yang mendingin ini dengan cepat menangkap neutron bebas melalui proses tangkapan neutron cepat (proses r) dan juga menangkap elektron bebas. Ini menciptakan partikel yang sangat berat namun tidak stabil yang cepat meluruh. Peluruhan ini menghasilkan cahaya yang dilihat astronom sebagai kilonova, sekaligus menciptakan elemen-elemen yang lebih ringan namun tetap lebih berat dari besi, seperti emas, perak, dan uranium.

Tim ini melihat cahaya sisa dari partikel-partikel yang tertangkap untuk membentuk elemen berat seperti Strontium dan Yttrium, dengan alasan bahwa elemen berat lainnya juga pasti terbentuk akibat tabrakan bintang neutron ini.

"Matter mengembang begitu cepat dan bertambah besar dengan cepat, hingga memerlukan waktu berjam-jam bagi cahaya untuk melintasi ledakan," kata anggota tim Kasper Heintz, seorang peneliti di Institut Niels Bohr. "Inilah mengapa, hanya dengan mengamati ujung jauh dari bola api, kita dapat melihat lebih jauh ke dalam sejarah ledakan. Di dekat kita, elektron telah bergabung dengan inti atom, tetapi di sisi lain, di sisi jauh dari lubang hitam yang baru lahir, 'masa kini' masih merupakan masa depan."

Hasil tim ini tidak akan mungkin tanpa kolaborasi teleskop di seluruh dunia dan luar angkasa.

"Ledakan astrofisika ini berkembang pesat dari jam ke jam, sehingga tidak ada teleskop tunggal yang dapat mengikuti keseluruhan ceritanya. Sudut pandang teleskop terhadap peristiwa ini terhalang oleh rotasi Bumi," kata pemimpin tim dan peneliti di Institut Neils Bohr, Albert Sneppen, dalam pernyataan tersebut. 

"Namun, dengan menggabungkan pengukuran yang ada dari Australia, Afrika Selatan, dan Teleskop Luar Angkasa Hubble, kami dapat mengikuti perkembangan peristiwa ini dengan sangat rinci." (Space/Z-3)