Bintang Masif, Tetangga Yang Merusak Lingkungan

Percaya tidak kalau kasus kekerasan tidak hanya terjadi di sekolah? Bahkan di alam semesta hal tersebut ada. Pelaku-pelakunya adalah bintang-bintang besar.

Ketika bintang-bintang bermassa besar mati, mereka mengakhiri hidup dalam ledakan spektakuler bernama supernova yang melepaskan energi setara dengan energi yang dimiliki Matahari selama hidupnya. Tapi, bintang-bintang besar ini sangat nakal. Dan mereka memulai kenakalannya semenjak lahir. Saat dilahirkan, mereka bisa mencuri gas dari tetangganya. Dan dalam perjalanan hidupnya, radiasi yang kuat dan angin kencang yang dihasilkan bintang-bintang besar mengambil alih lingkungan, mendatangkan malapetaka dan mengganggu kelahiran bintang-bintang lainnya.

Apakah ini cukup untuk menjelaskan mengapa sejumlah kecil gas dalam palung kelahiran bintang berakhir sebagai bintang?

Kelahiran Bintang yang Tidak Efisien
Bintang-bintang dilahirkan dalam kepompong gas molekul yang dingin dan padat yang disebut Awan Molekul Raksasa. Gaya gravitasi yang bekerja di area yang extra-padat menyebabkan awan-awan molekul berinteraksi dan membentuk bintang, ketika gas mencapai kerapatan lokal yang cukup tinggi untuk bisa membangkitkan pembakaran hidrogen. Tapi, tidak semua gas berakhir menjadi bintang. Sepanjang hidup Awan Molekul Raksasa, hanya 5-10% dari massa keseluruhan awan yang terlahir sebagai bintang. Sisanya justru kembali ke dalam waduk gas galaksi.

Pertanyaannya, mengapa pembentukan bintang tidak efisien?

Tampaknya ketidak efisienan itu berasal dari umpan balik bintang, yang didefinisikan sebagai proses pengembalian energi atau momentum dari bintang ke lingkungannya.

Dalam pengamatan di area pembentukan bintang masif (area H II), gas diionisasi oleh radiasi dari bintang juga gangguan dari angin bintang yang menerpa dengan kencang. Sayangnya skala waktu kehidupan manusia itu jauh lebih pendek dari bintang. Apalagi waktu pengamatan. Jadinya, hasil pengamatan hanya bisa menghasilkan satu momen yang terjadi dalam sebuah proses yang membutuhkan waktu jutaan tahun. Untuk itu dibutuhkan simulasi untuk bisa mengetahui evolusi awan molekular tersebut.

Nebula Rosetta, area H II dimana bintang masif mengionisasi gas di sekelilingnya. Kredit: Wikipedia

Simulasi Bintang-Bintang Nakal
Para astronom pun melakukan simulasi awan molekul dengan menggunakan Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) untuk menguji efek angin dan radiasi bintang masif terhadap lingkungannya. Simulasi dimulai dengan awan yang terkondensasi di pusat dengan gas yang bergejolak. Ketika simulasi dijalankan, saat gas menjadi cukup padat maka bintang terbentuk. Saat bintang sudah terbentuk maka ada radiasi dan lontaran materi lewat angin bintang yang mempengaruhi lingkungan di sekitarnya. Para astronom kemudian membandingkan hasil simulai yang menyertakan angin dan radiasi sebagai umpan balik kepada lingkungan dan simulai tanpa adanya umpan balik atau efek dari radiasi dan angin pada lingkungan.

Kerapatan gas dingin dalam simulasi awan pembentuk bintang untuk melihat efek yang dihasilkan oleh berbagai umpan balik dari bintang ke lingkungan. Kiri atas: Tidak ada efek umpan balik. Kanan atas: Umpan balik berupa radiasi saja. Kiri bawah: efek umpan balik berupa angin. Kanan bawah: efek yang dihasilkan oleh radiasi dan angin pada lingkungan. Titik putih mengindikasikan lokasi bintang masif atau gugus bintang yang terbentuk, dan menjadi sumber dari radiasi yang mengionisasi gas dan angin. Radiasi memberi pengaruh lebih besar dari angin dan menyebabkan bentuk tidak terartu pada struktur awan. Kredit: Dale et al.

Hasil yang diperoleh memperlihatkan perbedaan yang cukup tajam. Jika tidak ada umpan balik atau tidak ada efek radiasi dan angin bintang, maka awan relatif tetap utuh. Akan tetapi ketika faktor radiasi dan angin bintang diperhitungkan, sebagian besar gas akan tersapu dari area pusat awan yang menyebabkan awan jadi tidak simetri. Dan tampaknya yang memegang peran paling besar dalam proses ini adalah radiasi dan bukan angin bintang.

Kerusakan pada awan bintang yang disebabkan oleh radiasi dan angin bintang juga memperlambat proses pembentukan bintang meskipun tidak terlalu drastis perubahannya. Kerusakan memang tidak terlalu efektif juga disebabkan oleh bentuk yang tidak beraturan yang dihasilkan oleh efek umpan balik bintang ke lingkungan. Pada beberapa area di awan, foton yang dipancarkan bisa lolos dan tidak mengionisasi gas sehingga mengurangi efek umpan balik tersebut. Efisiensi pembentukan bintang naik menjadi 10-20% di simulasi, sekitar 3 kali lebih tinggi dari hasil pengamatan.

Mengapa ada perbedaan yang cukup signifikan? Simulasi yang dilakukan tidak menyertakan beberapa komponen umpan balik dalam awan. Di antaranya arus keluar dari bintang bermassa renda yang meskipun secara individu tidak terlalu energetik namun jika ada banyak bintang bermassa rendah, maka secara keseluruhan akan menyuntikkan energi dan momentum yang cukup signifikan ke dalam awan.

Medan magnet juga tidak diperhitungkan dalam simulasi ini. Padahal dalam pengamatan medan magnet memainkan peran penting untuk memberi perlawanan bagi gravitasi sehingga menekan terjadinya pembentukan bintang. Selain itu ada juga supernova dari bintang generasi sebelumnya yang bisa menghancurkan awan. Tidak mudah memang untuk mereplika semuanya dalam sebuah simulasi. Tapi setidaknya simulasi yang dilakukan bisa memberikan gambaran efek yang dihasilkan oleh bintang masif yang mempengaruhi proses pembentukan bintang di Awan Molekul Raksasa. Dan hasil ini juga menjadi gambaran terkait proses di masa lalu yang mempengaruhi pembentukan bintang yang kita kenal. Matahari.

_____
Sumber: Astrobites: Massive Stars Don’t Make Good Neighbors oleh Chris Faesi berdasarkan makalah Before the first supernova: combined effects of HII regions and winds on molecular clouds oleh J.E. Dale, J. Ngoumou, B. Ercolano, I.A. Bonnell