Penemuan Bintang Neutron Tercepat dengan Ledakan Termonuklir Setara Bom Atom

PARA astronom menemukan "bintang mati" berupa bintang neutron yang berputar dengan kecepatan luar biasa, yaitu 716 kali per detik, menjadikannya salah satu objek kosmik dengan putaran tercepat yang pernah diamati. Lebih dari itu, permukaan bintang neutron ini meletus dengan ledakan yang sekuat bom atom.

Tim peneliti menemukan sisa bintang ekstrem ini menggunakan teleskop sinar-X milik NASA, Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER), yang terpasang di luar Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS).

Bintang neutron dengan kecepatan luar biasa ini adalah bagian dari sistem biner 4U 1820-30, yang terletak di gugus bola NGC 6624, dekat pusat galaksi Bima Sakti sekitar 26 ribu tahun cahaya dari Bumi di rasi bintang Sagittarius.

Baca juga : Misteri Usia Alam Semesta: Apakah Lebih Muda dari yang Kita Duga?

“Kami mempelajari ledakan termonuklir dari sistem ini dan menemukan osilasi luar biasa, yang menunjukkan bintang neutron berputar di sekitar sumbu pusatnya dengan kecepatan luar biasa 716 kali per detik,” ujar anggota tim Gaurava K. Jaisawal dari DTU Space dalam sebuah pernyataan.

Dalam hal kecepatan rotasi, satu-satunya benda yang mendekati bintang neutron di 4U 1820-30 adalah bintang neutron lainnya, PSR J1748–2446, yang juga berputar 716 kali per detik, atau 42.960 kali per menit.

Penghuni lain dari sistem biner 4U 1820-30 adalah bintang mayat lainnya, yakni bintang katai putih, jenis sisa bintang yang ditinggalkan bintang bermassa mirip matahari setelah mati. Bintang katai putih ini juga bergerak cepat, mengorbit pasangannya bintang neutron setiap 11 menit sekali. Ini menjadikan sistem bintang biner ini sebagai yang berorbit terpendek yang pernah diamati.

Baca juga : Pembentukan Bintang Serentak di Galaksi Tua NGC 1386 Tantang Teori Astronomi

Bintang neutron seperti ini terbentuk ketika bintang yang jauh lebih masif, setidaknya 8 kali massa matahari, kehabisan bahan bakar untuk melakukan fusi nuklir. Kematian bintang adalah kunci untuk memahami sifat ekstrem bintang neutron, seperti kecepatan putarnya yang cepat dan ledakan termonuklir yang mengguncang permukaannya.

Apa yang membuat bintang neutron begitu ekstrem?

Ketika sebuah bintang masif kehabisan bahan bakar dan tidak lagi dapat melakukan fusi untuk menciptakan unsur yang lebih berat di intinya, energi yang keluar atau “tekanan radiasi” yang selama ini menopangnya dari tarikan gravitasinya sendiri selama miliaran tahun berhenti.

Hal ini menyebabkan inti bintang tersebut runtuh cepat di bawah gravitasi, memancarkan gelombang kejut ke lapisan luar bintang yang sekarat. Ini memicu ledakan supernova yang menghancurkan lapisan luar tersebut dan menghilangkan sebagian besar massa bintang.

Baca juga : Penemuan Lubang Hitam Supermasif Rakus yang Muncul di Fase Awal Alam Semesta

Ini menyisakan inti bintang sebagai mayat bintang dengan massa antara 1 hingga 2 kali massa matahari, dengan diameter sekitar 20 kilometer. Kompresi cepat dalam diameter inilah yang menyebabkan bintang neutron berputar cepat.

Ini adalah hasil dari hukum kekekalan momentum sudut, yang dapat diilustrasikan dengan analogi di Bumi. Bayangkan seorang skater yang berputar di atas es. Untuk mempercepat putaran, skater akan menarik lengannya ke dalam, dan untuk memperlambat, mereka akan melebarkan lengannya. Hal yang sama terjadi pada bintang neutron, meski dalam skala kosmik yang jauh lebih besar.

Bintang neutron juga bisa mendapatkan dorongan kecepatan putaran ketika berada dalam sistem biner yang cukup dekat untuk menarik materi dari bintang pasangannya. Materi ini membawa momentum sudut yang menambah kecepatan putaran bintang neutron. Materi yang "dicuri" ini juga penting untuk memahami mengapa bintang neutron bisa meletus dalam ledakan termonuklir.

Baca juga : Tabrakan Dahsyat Bintang Neutron Lahirkan Lubang Hitam Terkecil

Seperti yang bisa Anda bayangkan, memampatkan massa dua matahari ke dalam tubuh yang hanya berukuran Manhattan menghasilkan konsekuensi ekstrem. Kompresi cepat ini memaksa elektron bermuatan negatif dan proton bermuatan positif untuk bersatu, menciptakan partikel netral yang disebut neutron yang memenuhi bintang neutron.

Materi ini adalah yang paling padat di alam semesta yang diketahui. Bahkan, begitu padatnya sehingga jika sesendok materi bintang neutron dibawa ke Bumi, beratnya mencapai 10 juta ton, setara dengan sekitar 85.000 paus biru.

Dengan kepadatan luar biasa ini, muncul pengaruh gravitasi yang sangat kuat. Itu berarti ketika materi menuju bintang neutron, ia dipercepat hingga jutaan mil per jam. Ketika mengenai permukaan bintang neutron, materi ini melepaskan energi dalam jumlah yang luar biasa.

Sebagai perbandingan, jika sebuah marshmallow dijatuhkan ke permukaan bintang neutron, ia akan menghantam dengan energi yang setara dengan seribu bom hidrogen meledak bersamaan.

Selain itu, ketika materi dari bintang donor menumpuk di permukaan bintang neutron, ia bisa mencapai massa kritis dan meledak dalam ledakan termonuklir yang hebat.

“Selama ledakan ini, bintang neutron menjadi 100.000 kali lebih terang daripada matahari, melepaskan sejumlah besar energi,” kata Jerome Chenevez, anggota tim dan ilmuwan DTU Space dalam pernyataan tersebut. “Jadi, kami berhadapan dengan peristiwa yang sangat ekstrem, dan dengan mempelajarinya secara mendetail, kami mendapatkan wawasan baru tentang siklus hidup sistem bintang biner dan pembentukan unsur di alam semesta.”

NICER mengamati sistem biner 4U 1820-30 antara 2017 dan 2021, di mana tim DTU Space mendeteksi 15 ledakan termonuklir melalui cahaya sinar-X yang dihasilkannya.

Salah satu ledakan ini memiliki tanda khas yang disebut "osilasi ledakan termonuklir," dengan frekuensi 716 Hz. Karena osilasi ledakan ini seirama dengan laju putaran bintang neutron, ini mengonfirmasi bahwa objek ini berputar 716 kali per detik.

“Jika pengamatan di masa depan mengonfirmasi hal ini, bintang neutron 4U 1820-30 akan menjadi salah satu objek dengan putaran tercepat yang pernah diamati di alam semesta, sebanding hanya dengan bintang neutron lain bernama PSR J1748–2446,” kata Jaisawal. (Space/Z-3)