Pulsar Berkepribadian Ganda: Radio & Sinar Gamma

Akhir Juni 2013, bintang ganda dengan salah satu pasangan bintang neutron berputar cepat ditemukan sedang mengalami perubahan perilaku yang sangat dramatik. Sinyal radio dari pulsar tersebut tiba-tiba menghilang ketika sistem jadi lima kali lebih terang saat dilihat dalam sinar gamma.

Mirip dengan tombol yang dinyalakan atau dipindahkan dari kondisi energi rendah ke energi tinggi. Perubahan yang terjadi memberi gambaran interaksi yang tidak diduga di antara pulsar dan bintang pasangannya. Akibatnya, kita bisa memiliki kesempatan untuk mempelajari fase transisi dalam kehidupan pasangan bintang ganda.

Evolusi Dalam Bintang Ganda
Sistem bintang ganda merupakan sistem bintang berdua yang saling berinteraksi dan bergerak mengelilingi pusat massa keduanya. Dan bintang, sama seperti manusia juga mengalami evolusi. Perjalanan evolusi bintang berbeda-beda bergantung pada massanya. Bagi bintang-bintang masif, mereka akan berakhir dalam ledakan supernova.  Ketika bintang masif meledak sebagai supernova, inti yang hancur akan bertahan dari ledakan dan keluar sebagai bintang kompak yang dikenal dengan nama bintang neutron atau pulsar. Bintang yang satu ini sangat padat dan masif yang bahkan bisa memiliki massa yang lebih masif dari pada Matahari dan memadatkannya menjadi bola yang bahkan tak lebih besar dari kota Tangerang.

Bintang neutron muda akan berputar puluhan kali tiap detik dan menghasilkan cahaya dalam panjang gelombang radio, cahaya tampak, sinar-X dan sinar gamma yang diamati astronom saat cahaya tersebut menyapu Bumi. Pulsar juga menghasilkan angin partikel energi tinggi yang bergerak dengan kecepatan hampir mendekati kecepatan cahaya. Untuk bisa menghasilkan semua itu, pulsar ditenagai oleh medan magnetik pulsar yang berputar sangat cepat. Seiring waktu, ketika pulrsar berputar semakin perlahan maka pancarannya pun memudar.

Ilustrasi Pulsar saat memancarkan cahaya dalam panjang gelombang radio (atas) dan Saat memancarkan sinar gamma (bawah). Kredit: NASA Goddard Space Flight Center
Ilustrasi Pulsar saat memancarkan cahaya dalam panjang gelombang radio (atas) dan Saat memancarkan sinar gamma (bawah). Kredit: NASA Goddard Space Flight Center

PSR J1023+0038
Tiga puluh tahun lalu, para astronom menemukan tipe pulsar yang berputar dengan kecepatan kurang dari 10 milidetik, atau mencapai 43000 rpm (putaran per menit). Meskipun pulsar muda selalu tampak terisolasi, namun lebih dari setengah pulsar milidetik justru lahir dalam pasangan bintang ganda yang sekaligus menjelaskan kecepatan rotasinya yang sangat cepat tersebut. Tak hanya itu, pulsar milidetik juga mengalami percepatan rotasi sebagai akibat transfer dan akumulasi materi bintang pasangannya. Akibatnya pulsar seperti ini dikenal juga dengan nama pulsar daur ulang.

Dalam penelitian ini, sistem bintang ganda yang ditemukan adalah sistem AY Sextantis yang berada 4400 tahun cahaya dari Bumi di rasi Sextant. Pasangan ini dihuni oleh bintang pulsar 1,7 milidetik PSR J1023+0038 atau J1023 dan sebuah bintang bermassa 1/5 massa Matahari. Kedua bintang dalam menyelesaikan orbitnya hanya dalam 4,8 jam. Artinya keduanya berada sangat dekat satu sama lainnya sehingga secara perlahan-lahan pulsar akan melenyapkan bintang pasangannya lewat transfer materi antara keduanya.

Pada masa awal transfer, sistem merupakan bintang ganda sinar-X massa rendah dengan bintang neutron berputar lambat yang memancarkan sinar-X ketika gas panas menuju ke permukaannya. Kira-kira 1 milyar tahun kemudian, saat aliran materi terhenti, sistem diklasifikasikan sebagai pulsar milidetik dengan yang memancarkan radio sebagai hasil dari rotasi cepat medan magnetnya.

Untuk memahami rotasi dan evolusi orbit J1023, maka Teleskop Lovell di Inggris dan Teleskop Radio Westerbork Synthesis melakukan pantauan rutin. Hasilnya, kedua teleskop tersebut melihat sinyal radio pulsar J1023 tiba-tiba padam dan kemudian dilakukan pencarian terkait perubahan tersebut dalam sinar gamma.

Sebelum J1023 mengalami pemadaman, beberapa bulan lalu ada sebuah sistem bintang ganda jauh yang juga mengalami pergantian dari sinar radio ke sinar-X selama beberapa minggu. Pulsar tersebut berada di M28, sebuah gugus bola yang berada 19000 tahun cahaya dari Bumi. Pulsar PSR J1824-2452I mengalami letupan sinar-X dari bulan Maret – April 2013. Dan ketika pancaran sinar-X meredup, sinyal radio kembali menguat.

Apa yang dialami J1023 mirip dengan PSR J1824-2452I. Bedanya, J1023 mencapai energi yang lebih tinggi. Tampaknya yang terjadi adalah percikan akhir dari putaran terakhir pulsar tersebut.

Untuk kasus J1023, bintang pasangannya berada cukup dekat sehingga menyebabkan terjadinya aliran massa dari bintang serupa Matahari ke pulsar.  Rotasi pulsar yang sangat cepat dan medan magnetnya merupakan pemicu dari sinyal radio dan angin pulsar. Ketika sinyal radio bisa dideteksi, maka angin pulsar akan menahan laju aliran gas dari si bintang pasangan untuk bisa mencapai pulsar.  Tapi, aliran yang tertahan itu seperti sungai yang dihentikan perjalanannya dan kemudian mencari jalannya untuk bisa mencapai pulsar dan membentuk piringan akresi.

Gas di dalam piringan akresi jadi mampat dan panas sampai mencapai temperatur yang cukup untuk bisa memancarkan sinar-X. Selanjutnya, materi di sepanjang tepi dalam piringan akan kehilangan energi orbit dengan cepat dan masuk ke pulsar. Saat materi tersebut jatuh di ketinggian sekitar 80 km, proses yang menyebabkan terjadinya sinyal radio akan padam atau jadi kabur.

Pada ketinggian tersebut, tepi dalam piringan berfluktuasi dan menyebabkan terjadinya percepatan gerak dari gas ke luar dengan kecepatan cahaya dan membentuk jet partikel ganda yang memancar ke dua arah berbeda. Fenomena ini biasanya diasosiasikan dengan  akresi lubang hitam. Gelombang kejut yang ada di dalam maupun di tepian jet yang menjadi sumber pancaran sinar gamma yang sangat terang yang kemudian dideteksi oleh teleskop Fermi.

Ditulis oleh

Avivah Yamani

Avivah Yamani

Tukang cerita astronomi keliling a.k.a komunikator astronomi yang dulu pernah sibuk menguji kestabilan planet-planet di bintang lain. Sehari-hari menuangkan kisah alam semesta lewat tulisan dan audio sambil bermain game dan sesekali menulis makalah ilmiah terkait astronomi & komunikasi sains.

Avivah juga bekerja sebagai Project Director 365 Days Of Astronomy di Planetary Science Institute dan dipercaya IAU sebagai IAU OAO National Outreach Coordinator untuk Indonesia.