Kematian Bintang Yang Menghasilkan Jet Bipolar

Bagi para astronom, evolusi bintang bisa diketahui dari kelahiran sampai kematiannya. Bintang bermassa besar akan berakhir dalam ledakan dasyat supernova sedangkan bintang dengan massa yang lebih kecil akan mengakhiri hidupnya sebagai planetari nebula si awan gas dan debu yang berpendar penuh warna.

Planetari Nebula terbentuk saat bintang dengan massa 1 – 8 massa Matahari berada pada tahap evolusi lanjutnya. Di masa akhir hidupnya, bintang bermassa 1-8 massa Matahari akan memasuki fase raksasa merah dimana bintang akan mengembang. Pada tahap ini, ketika pembakaran terjadi di inti, bintang akan mengalami keruntuhan. Lapisan terluar akan terlontar dalam selubung gas yang akan bertahan selama beberapa puluh ribu tahun sebelum menyebar ke angkasa. Inti baru yang terbentuk setelah lapisan terluar dilontarkan, akan menjadi katai putih yang akan bercahaya menerangi lapisan gas yang terlontar itu sehingga selubung gas dan debu tersebut akan berpendar penuh warna. Nama planetari Nebula awalnya diberikan oleh William Herschel saat mengamati obyek tersebut di tahun 1780-an. Pada saat itu, William Herschel menduga bahwa obyek yang dilihat merupakan planet gas yang baru saja terbentuk. Dan meskipun sudah diketahui bahwa planetari nebula bukan planet gas melainkan tahap akhir dari bintang massa rendah, nama tersebut tetap dipertahankan.

Selama beberapa dekade, planetari nebula diketahui merupakan obyek berbentuk sferis atau bola. Dalam pengamatan yang dilakukan astronom, planetari nebula yang dilihat tampak  memancarkan jet bipolar yang sangat kuat. Jet bipolar merupakan aliran gas dan debu yang bergerak sangat cepat menembus nebula. Pertanyaannya, bagaimana sebuah bintang berbentuk sferis bisa berevolusi membentuk planetari nebula yang asferis?

Untuk menjawab pertanyaan tersebut, astronom Eric G. Blackman dan Scott Lucchini dari Universitas Rochester menyimpulkan bahwa itu smeua hanya bisa terjadi sebagai akibat interaksi yang sangat kuat pada bintang ganda atau bintang dan planet masif-lah yang bisa memicu terjadinya aliran gas dan debu yang sangat kuat tersebut.

Saat bintang massa kecil atau dalam hal ini yang berada dalam rentang 1-8 massa Matahari kehabisan hidrogen, maka bintang akan memasuki tahap evolusi berikutnya. Bintang akan meninggalkan Deret Utama dan mengembang kemudian masuk fase Asymptotic Giant Branch (AGB). Bintang akan menjalani fase AGB selama 100 000 tahun. Pada tahap ini, sebagian bintang AGB akan mengalami tahap akhir bentuk sferis dalam kehidupannya sebagai bintang bermassa rendah dan akan memasuki masa pra-planetari nebula yang tidak lagi berbentuk bola atau jadi asferis.

Dari mana asal jet bipolar?
Eric Blackman, Profesor dari Universitas Rochester yang memimpin penelitian ini juga mempertanyakan apa yang sebenarnya terjadi yang mengubah bintang AGB yang tadinya sferis menjadi nebula yang tidak berbentuk sferis dengan dua arus yang menyembur keluar dari arah yang berbeda.

Jet atau aliran gas dan debu yang keluar dengan sangat cepat seperti ledakan dari planetari nebula tersebut memicu pertanyaan karena bintang di AGB berbentuk sferis. Untuk bisa berubah jadi asferis, maka bintang tersebut haruslah memiliki interaksi yang kuat dengan bintang lain. Solusinya, bintang AGB tersebut haruslah merupakan bagian dari sistem bintang ganda.

Dalam sistem bintang ganda, ada aliran materi yang akan mengalir dan diakresi dari bintang yang satu ke bintang pasangannya. Materi yang diakresi ke dalam piringan akresi inilah yang kemudian dilontarkan sebagai jet. Berbagai skenario coba dianalisa oleh Eric G. Blackman dan muridnya Scott Lucchini, termasuk di dalamnya kemungkinan bintang AGB dalam pasangan bintang ganda maupun bintang AGB dan planet masif yang sedang mengelilinginya. Kondisi planet masif ini memungkinkan, karena meskipun bintang sudah masuk tahap evolusi lanjut, bisa saja masih ada planet masif yang selamat melewati fase dari Deret Utama ke AGB bersama bintang induknya. Kedua teori ini memungkinkan untuk terjadi dan tidak mudah bagi Eric G. Blackman dan Scott Lucchini untuk menyeleksi mana yang paling sesuai karena inti AGB dimana piringan terbentuk masih terlalu kecil untuk bisa dilihat secara langsung oleh teleskop.

Salah satu yang hendak diteliti lebih lanjut adalah interaksi di antara kedua anggota sistem bintang tersebut. Apakah kedua bintang akan akan memiliki interaksi yang lemah saat berjauhan atau haruskah keduanya berada sangat dekat untuk memiliki interaksi yang kuat di antara keduanya sehingga bisa menghasilkan jet tersebut.

Proses terjadinya jet
Pra-planetari nebula dan planetari nebula memiliki perbedaan pada cahaya yang dihasilkan. Pra-planetari nebula memantulkan cahaya sedangkan planetari nebula bercahaya sebagai hasil ionisasi. Pra-planetari nebula melepaskan dua jet atau aliran massa gas dan debu. Debu kemudian membentuk jet sebagai aliran keluar yang mengembang dan mendingin, dan  memantulkan cahaya yang dihasilkan oleh inti yang panas. Planetari nebula juga diyakini merupakan tahap evolusi lanjut dari pra-planetari nebula. Pada planetari nebula, inti sudah terpapar dan radiasi yang lebih panas yang dipancarkan mengionisasi gas dalam jet yang masih lemah yang kemudian berpendar.

Setelah mempelajari jet pada pra-planetari nebula dan planetari nebula, bisa diketahui hubungan antara energi dan momentum yang terlibat dalam proses akresi di dalam aliran gas dan debu, dimana proses akresi inilah yang menyediakan bahan bakar bagi jet tersebut. Saat massa materi diakresi ke dalam piringan, terjadi kehilangan energi gravitasi yang kemudian diubah menjadi energi kinetik dan momentum untuk melepaskan jet atau aliran massa yang dilontarkan pada kecepatan tertentu.

Untuk bisa melepaskan jet yang dasyat, diperlukan masa dan energi minimum yang dihasilkan dalam proses akresi. Setelah energi dan massa minimum diketahui, dilakukan juga perbandingan model akresi yang sudah diketahui untuk mengetahui tenaga yang dibutuhkan dan laju aliran massa dari setiap model akresi. Dari sini bisa diketahui model akresi manakah yang bisa menghasilkan jet tersebut.

Dari hasil komparasi yang dilakukan, diperoleh dua model akresi yang melibatkan interaksi intens dan kuat dari bintang ganda yang diprediksikan dapat menghasilkan lontaran massa pada pra-planetari nebula.

Model pertama adalah “Luapan Roche Lobe”, dimana kedua bintang dalam sistem bintang ganda berada sangat dekat sehingga selubung bintang AGB yang sudah terlontar dan mengembang ditarik ke pringan di sekeliling bintang pasangannya. Model kedua adalah model “Selubung bersama”, dimana bintang pasangan begitu dekat dan berada di dalam selubung bintang AGB sehingga keduanya berbagi selubung yang sama. Dari dalam selubung bersama inilah piringan akresi dengan laju yang sangat tinggi terbentuk dari materi bintang AGB disekeliling bintang pasangan atau materi bintang pasangan yang pecah dan menjadi bagian piringan di sekitar bintang AGB.  Kedua skenario tersebut bisa menghasilkan energi dan momentum yang cukup untuk menghasilkan jet.

Sumber: Universitas Rochester