Kehidupan di Sistem Bintang Katai Merah

Sistem bintang katai merah yang kecil dan dingin ternyata tidak ramah untuk tumbuh kembangnya kehidupan di planet yang mengorbit di sistem tersebut.

Sistem di bintang katai merah. Kredit: David A. Aguilar (CfA/Harvard-Smithsonian)
Sistem di bintang katai merah. Kredit: David A. Aguilar (CfA/Harvard-Smithsonian)

Ketika para astronom memulai pencarian planet di bintang lain, syarat utamanya harus mengitari Matahari. Alasannya karena memang itulah sistem yang kita kenal. Apalagi jika kita mencari planet yang punya potensi kehidupan. Contoh yang kita kenal adalah Bumi yang mengitari Matahari. Maka yang dicari tentu planet di area laik huni bintang serupa Matahari.

Pada awalnya, bintang katai merah bukan target pencarian planet di bintang lain. Bintang katai merah bukan bintang induk yang ramah bagi tumbuh kembangnya kehidupan di planet yang mengitarinya. Akan tetapi, itu bukan kesimpulan akhir.

Penemuan planet di bintang katai merah Gliese 581 di tahun 2007 menjadi momentum awal bintang katai merah dilirik sebagai bintang yang berpotensi punya planet laik huni. Apalagi, bintang dingin ini merupakan populasi terbesar di Bima Sakti. Diperkirakan, 3/4 dari populasi bintang di Bima Sakti merupakan bintang katai merah yang dingin dan redup. Atau lebih tepatnya, ada 58 milyar bintang katai merah di Bima Sakti. Ini merupakan hasil perhitungan dan pemodelan yang dilakukan dua mahasiswa dari Universitas Leiden di Belanda. Bintang katai merah terdekat dengan kita adalah Proxima Centauri yang diketahui memiliki planet Proxima b yang berada di luar zona laik huni sang bintang.

Jika ada planet seukuran Bumi yang mengitari bintang katai merah di Bima Sakti, maka jumlahnya bisa trilyunan planet! Implikasinya, kemungkinan planet berpotensi laik huni di bintang katai merah juga semakin tinggi.

Mengenal Sistem Katai Merah

Persentase Bintang Katai Merah yang ada di Deret Utama di Alam Semesta. Kredit: Space Answers
Persentase Bintang Katai Merah yang ada di Deret Utama di Alam Semesta. Kredit: Space Answers

Bintang katai merah merupakan bintang yang lebih kecil dan lebih dingin dari Matahari. Bintang-bintang ini juga lebih redup dari bintang-bintang serupa Matahari. Massa bintang-bintang ini pada umumnya berkisar antara 0.08 — 0.50 massa Matahari dengan temperatur permukaan antara 2400 – 3700 K.

Proses pembentukan bintang katai merah sama seperti bintang lainnya. Bintang katai merah lahir dari keruntuhan awan gas dan debu yang mengalami gangguan. Ketika awan antar bintang ini runtuh, proses akumulasi materi ke inti pun dimulai. Semakin banyak materi yang ditarik ke inti, gravitasi pun semakin meningkat. Selama keruntuhan/pengerutan terjadi, inti berotasi semakin cepat dan temperatur meningkat. Pada akhirnya inti memiliki energi yang cukup untuk memulai reaksi pembakaran hidrogen menjadi helium. Maka dimulailah reaksi nuklir yang melepaskan energi sangat besar. Massa minimum agar pembakaran hidrogen bisa terjadi adalah 0,08 massa Matahari, yang juga merupakan massa minimum bintang katai merah.

Massa yang kecil dan temperatur inti yang rendah dibanding bintang sekelas Matahari, menyebabkan proses pembakaran hidrogen jadi helium berlangsung lebih lambat. Akibatnya, sinar bintang yang dipancarkan juga lebih sedikit. Untuk katai merah terbesar, cahaya yang dipancarkan hanya 10% cahaya Matahari. Sedangkan bintang katai merah yang massanya paling rendah hanya memancarkan 1/10000 cahaya Matahari. Sangat redup!

Pada bintang, proses pengangkutan energi ke permukaan dilakukan melalui proses konveksi. Untuk bintang massa kecil seperti katai merah, konveksi terjadi di seluruh bintang. Akibatnya, helium tidak terakumulasi di inti dan bintang bisa terus membakar hidrogen sampai habis. Proses pembakaran hidrogen yang lambat ini bisa berlangsung trilyunan tahun.

Bintang katai merah dengan massa 0,1 mass Matahari, bisa menghabiskan waktu 10 trilyun tahun untuk mengubah hidrogen jadi helium sebelum bintang ini masuk tahap evolusi selanjutnya yakni katai biru sebelum akhirnya bertransformasi jadi bintang katai putih. Meskipun demikian, pada umumnya bintang katai merah “hanya menghabiskan” beberapa trilyun tahun atau < 10 trilyun tahun untuk mengubah hidrogen di inti jadi helium. Dari masa hidup bintang katai merah yang sangat panjang, tentu bisa memberi keuntungan pada evolusi kehidupan di planet yang mengorbit di sistem itu.

Jika menilik usia alam semesta saat ini yakni 13,8 milyar tahun, itu artinya belum ada katai merah yang berevolusi ke tahap selanjutnya.

Planet Laik Huni di Bintang Katai Merah

Bintang katai merah yang masih muda sangat aktif dalam melepaskan semburan sinar-X. Kredit: Planet di bintang katai merah. Kredit: David A. Aguilar (CfA/Harvard-Smithsonian)
Bintang katai merah yang masih muda sangat aktif dalam melepaskan semburan sinar-X. Kredit: Planet di bintang katai merah. Kredit: David A. Aguilar (CfA/Harvard-Smithsonian)

Untuk mencari jejak kehidupan di bintang lain, planet yang dicari harus berpotensi laik huni atau bisa mempertahankan air dalam wujud cair. Pada bintang area hangat dimana air bisa tetap berwujud cair itu berada di zona laik huni.

Ukuran bintang katai merah kecil menyebabkan zona laik huni berada sangat dekat dengan bintang. Akibatnya, planet laik huni di sistem ini akan terkunci gravitasinya dengan bintang. Implikasinya, hanya satu sisi planet yang berhadapan dengan bintang dan selalu siang. Sisi yang tidak berhadapan dengan bintang akan mengalami malam abadi. Temperatur juga akan berbeda. Panas dan dingin yang sangat ekstrim di dua sisi planet.

Pada kondisi seperti ini, kehidupan akan sulit tumbuh dan berkembang. Area malam yang luar biasa dingin bisa membekukan gas di atmosfer dan sisi siang pada akhirnya bisa berakhir tanpa atmosfer dan kering. Ada teori dan pemodelan yang memperkirakan planet di zona laik huni bintang katai merah masih bisa lolos dari penguncian gravitasi jika memiliki ketebalan atmosfer yang tepat.

Tapi, dalam kondisi terkunci secara gravitasi, satu-satunya area yang cocok untuk kehidupan adalah area cincin perbatasan antara siang dan malam. Seperti apa kehidupan yang mungkin terbentuk? Sepertinya tidak akan sama dengan Bumi…

Ada masalah lain.

Pada jarak yang sangat dekat, meskipun cahaya bintang lebih redup tapi tetap saja planet zona laik huni bisa terpanggang. Artinya cukup sulit untuk kehidupan bisa berevolusi.

Bahaya lain juga harus dihadapi planet yang terbentuk ketika bintang masih muda. Satu milyar tahun pertama kehidupan bintang katai merah merupakan masa yang sangat brutal. Aktivitas magnetiknya sangat kuat sehingga secara rutin melepaskan flare (semburan) sinar-X dan sinar ultraviolet. Dalam satu hari, bisa terjadi beberapa kali semburan yang dilepas bintang. Ini bisa diketahui dari bintik bintang yang sangat besar di permukaan bintang katai merah.

Medan magnet terbentuk saat gas yang sangat panas bergerak ke permukaan. Partikel gas bermuatan yang sedang bergerak ke permukaan inilah yang menghasilkan terbentuknya medan magnet. Mengingat seluruh bintang katai merah konveksi terjadi di seluruh bintang dan ditambah rotasi bintang yang cepat di usia muda, medan magnetik yang terbentuk pun jadi sangat besar.

Di permukaan, terbentuk bintik bintang yang sangat besar. Jauh lebih besar dari bintik Matahari terbesar yang seukuran Jupiter. Akibatnya, medan magnetik jadi sangat kuat dan energi yang dilepaskan juga sangat besar.

Semburan raksasa yang dilepas bintang katai merah justru meningkatkan kecerlangan bintang katai merah secara tiba-tiba. Dalam satu hari, bisa terjadi beberapa kali semburan yang dilepas bintang. Akibatnya radiasi ultraungu bisa melonjak 100 – 10000 kali lebih tinggi dari biasanya.

Semburan tersebut bisa menghancurkan apapun yang ada di planet di dekat bintang. Atmosfer planet bisa disapu bersih dan sinar-X dan sinar ultraungu yang dilepas oleh bintang bisa menghancurkan struktur molekul yang terbentuk di planet. Bisa dikatakan bintang katai merah itu tampak baik dan menyenangkan, tapi ia bisa membinasakan semua yang ada di sekelilingnya.

Setelah satu milyar tahun, bintang katai merah akan jadi lebih stabil dan semburan yang dilepaskan juga semakin sedikit.

Dengan kala hidup bintang katai merah yang sangat panjang, jika planet bisa lolos dari masa satu milyar tahun yang brutal, kehidupan akan dapat bertumbuh dan berkembang di sistem ini.

Tidak mudah memang.

Salah satu kemungkinan, dalam satu milyar tahun pertama kehidupan bisa bertahan jika tetap berada di bawah air. Itupun jika planet bisa tetap punya atmosfer yang bisa mempertahankan air dalam wujud cair. Pada area malam, air bisa membeku dan kehidupan mati. Di area siang, air menguap dan kehidupan tak sempat bertumbuh karena terpapar panas yang ekstrim.

Cara lain kehidupan bisa berevolusi di sistem katai merah, planet yang terbentuk jauh dari bintang bermigrasi ke zona laik huni setelah 1 milyar tahun kehidupan bintang. Jika demikian, kehidupan yang muncul punya waktu yang sangat panjang untuk bertumbuh dan berkembang di planet tersebut.

Apakah hasil evolusi kehidupannya akan serupa dengan Bumi?  Mungkin tidak.

Jika 58 milyar bintang katai merah di Bima Sakti punya satu planet dimana kehidupan sukses berevolusi, maka kita akan punya milyaran ragam bentuk kehidupan untuk dipelajari. 

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.