Menelisik Ukuran Bintang Neutron

Data tabrakan bintang neutron yang membuka era astronomi multikurir, berhasil mengungkap ukuran bintang neutron.

Sekilas Bintang Neutron

Bintang neutron merupakan pusat bintang yang tersisa setelah bintang massa besar mengakhiri hidupnya dalam ledakan supernova. Seperti umumnya bintang, cikal bakal bintang neutron juga memulai hidupnya dengan membakar hidrogen menjadi helium sebelum berevolusi jadi bintang raksasa merah yang membakar helium menjadi unsur berat saat hidrogen di pusat telah habis.

Ketika bintang bermassa besar telah selesai melakukan pembakaran helium maka terjadi tahap berikutnya yakni pembakaran karbon di pusat bintang. Karena pembakaran karbon terjadi sebelum materi terdegenerasi, maka reaksi pembakaran karbon berlangsung stabil dan menghasilkan inti besi. Jika pembakaran karbon terjadi setelah materi terdegenerasi, maka reaksi pembakaran akan sangat eksplosif dan bintang pun langsung meledak.

Pembakaran karbon pada bintang masif yang lebih besar dari 10 massa Matahari terjadi saat materi belum terdegenerasi. Setelah inti besi terbentuk di pusat, temperatur dan tekanan yang sangat tinggi menyebabkan  inti besi terurai menjadi inti helium yang justru menyerap energi. Akibatnya, tekanan di pusat turun, pusat bintang mengalami keruntuhan menjadi benda yang sangat padat sedangkan bagian terluarnya justru terlontar dengan kecepatan tinggi.

Singkatnya, bintang tersebut mengalami supernova menyisakan inti bintang yang luar biasa padat. Inti bintang inilah yang dikenal sebagai bintang neutron. Bintang yang satu ini sangat padat. Massanya bisa dua kali massa Matahari, tapi kerapatannya justru luar biasa padat yakni 100 triliun gram per centimeter kubik. Untuk dibayangkan, jika Bumi yang ukurannya 12.742 km jadi bintang neutron, maka Bumi akan dipadatkan sampai seukuran 305 meter! (Bumi tidak bisa jadi bintang neutron karena Bumi jelas bukan bintang tapi sebuah planet. -red).

Massanya tetap sama. Tapi ukurannya jauh berbeda.

Dengan kondisi yang luar biasa rapat dan padat, gravitasi permukaan bintang neutron pun jadi sangat besar, yakni ratusan miliar kali gravitasi Bumi. Medan magnetiknya apalagi. Jauh lebih kuat. Sebagai gambaran, peristiwa seismik pada bintang neutron yang jaraknya 50.000 tahun cahaya, masih bisa memengaruhi Bumi.

Kita tahu efeknya, kita juga tahu seberapa masif dan perkiraan ukurannya. Tapi, kita belum mengetahui dengan pasti ukuran bintang neutron tersebut. Ukuran bintang neutron tentu sangat bergantung juga dengan massa bintangnya.

Dari hasil pengamatan sinar-X dan emisi pada panjang gelombang elektromagnetik lainnya, ukuran bintang neutron diperkirakan antara 20-30 km.

Untuk memeroleh hasil yang lebih presisi, para astronom dari Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute; AEI) melakukan pengukuran dengan data tabrakan dua bintang neutron pada tahun 2017.

Ukuran Bintang Neutron

Untuk mengetahui seberapa besar bintang neutron, para astronom menggunakan peristiwa tabrakan pasangan bintang neutron pada tahun 2017. Tabrakan ini cukup fenomenal karena informasi tabrakan datang dalam bentuk gelombang gravitasi dan semburan sinar gamma. Peristiwa yang mengawali era astronomi multikurir.

Tidak mudah untuk memahami bahkan mengetahui ukuran bintang neutron. Kita tidak bisa mereplika bintang neutron di dalam laboratorium di Bumi. Ukurannya memang kecil tapi untuk membuat objek yang sedemikian kompak tidak mungkin. Sebagai gambaran, satu sendok teh materi bintang neutron itu beratnya bisa 10 juta ton!

Ternyata, informasi dari tabrakan dua bintang neutron sangat berharga. Dari peristiwa ini, bisa diketahui ukuran dan massa dari bintang neutron. Bahkan ukurannya pun bisa cukup presisi.

Hasilnya cukup menarik.

Untuk bintang semasif Matahari yakni 1,4 massa Matahari, ukurannya adalah 22 km, dengan ketidakpastian antara 20,8 dan 23,8 km. Ukuran 22 km itu artinya, diameter bintang neutronnya 22 km dan itu berarti pula, radius atau jejari bintang adalah 11 km dengan ketidakpastian 10,4 dan 11,9 kilometer. Hasil ini jelas lebih baik dari hasil sebelumnya yang memberi rentang cukup besar antara 20 – 30 massa Matahari.

Bayangkan, bintang yang ukurannya cuma 22 km dengan massa 2,7 miliar kuintiliun kg atau 2,7 juta triliun triliun kg atau 2.700.000.000.000.000.000.000.000.000.000 kg.

Untuk mengetahui ukuran bintang neutron, para astronom menggunakan model interaksi partikel subatomik dalam kondisi kerapatan tinggi pada bintang neutron dan dibandingkan dengan deteksi ledakan dasyat kilonova yang terjadi antara dua bintang neutron pada bulan Agustus 2017.

Peristiwa yang dikenal sebagai GW170817.

Kilas balik, GW170817 merupakan peristiwa tabrakan bintang neutron yang menghasilkan gelombang gravitasi yang dideteksi oleh LIGO dan semburan sinar gamma yang diamati oleh lebih dari 70 teleskop di Bumi dan luar angkasa.

Mengetahui ukuran bintang neutron sangat penting untuk memahami apa yang terjadi saat bintang yang memiliki medan magnet super kuat ini berputar. Diharapkan kita bisa mengetahui apa efeknya pada materi di sekeliling bintang, bagaimana bintang neutron mengakresi atau menangkap materi di sekelilingnya, maupun apa yang terjadi pada batas massa bintang neutron dan lubang hitam.

Tabrakan Pasangan Campur

Tak hanya ukuran bintang neutron yang diperoleh. Hasil penelitian ini juga memberi informasi masa depan bintang neutron dalam peristiwa tabrakan.

Tabrakan dua bintang neutron menyebabkan terjadinya gelombang gravitasi yang melanda Bumi dan dideteksi oleh detektor LIGO dan VIRGO. Gelombang gravitasi yang lebih kuat justru berasal dari tabrakan dua lubang hitam yang sudah berhasil dideteksi sejak 2015.

Bagaimana dengan tabrakan bintang neutron dan lubang hitam. Apakah kita bisa menyaksikannya lewat gelombang gravitasi dan pengamatan gelombang elektromagnetik?

Hasil penelitian ini memperlihatkan bahwa detektor LIGO dan VIRGO memang bisa dengan mudah apakah yang sedang merger adalah dua bintang neutron atau dua lubang hitam.

Tapi, untuk tabrakan bintang neutron dan lubang hitam, deteksi gelombang gravitasi pun akan sulit untuk mengetahui apakah yang sedang bertabrakan adalah dua objek berbeda. Hasil deteksi akan cenderung mengklasifikasikan peristiwa tersebut sebagai peristiwa merger dua lubang hitam. Deteksi gelombang gravitasi maupun pengamatan pada panjang gelombang elektromagnetik setelah tabrakan menjadi kunci penting untuk mengidentifikasi kedua objek.

Sepertinya pengamatan multikurir tidak akan bisa dilakukan pada tabrakan bintang neutron dan lubang hitam. Penyebabnya, tabrakan tersebut tidak akan menghancurkan bintang neutron. Yang terjadi, lubang hitam justru melahap bintang neutron. Akibatnya, peristiwa itu memang menghasilkan gelombang gravitasi untuk dideteksi, tapi tidak ada cahaya yang dipancarkan untuk bisa diamati.

Pada peristiwa merger dua bintang neutron, ada semburan sinar gamma yang dihasilkan untuk diamati oleh teleskop di Bumi dan di luar angkasa. Pengamatan multikurir bisa terjadi jika, lubang hitam yang jadi pasangan bintang neutron ukurannya sangat kecil atau berputar sangat cepat. Lubang hitam yang berputar sangat cepat bisa menghancurkan bintang neutron sebelum melahap bintang tersebut. Dengan demikian akan ada radiasi elektromagnetik yang bisa diamati selain gelombang gravitasi.

Jawaban dari prediksi tersebut hanya bisa diperoleh lewat pengamatan di masa depan. Akankah kita menemukan pasangan campur yang bergabung atau justru hanya penggabungan pasangan sejenis seperti sepasang bintang neutron atau sepasang lubang hitam?

Jawabannya akan kita ketahui dalam waktu tak terlalu lama, seiring semakin banyaknya detektor gelombang gravitasi yang dibangun untuk menemani LIGO dan VIRGO.