Supernova remnants of Cassiopeia A. Chandra X-rays are depicted in blue and composited with infrared images from NASA’s James Webb Space Telescope in orange and white. (Sumber: NASA)
“... I saw, with inexpressible astonishment, a radiant star of extraordinary magnitude. Struck with surprise, I could hardly believe my eyes… ” - Astronom Tycho Brahe, 1572 M
Pada suatu malam, hampir lima abad yang lalu, sebuah bintang seketika bersinar sangat terang di dekat zenit, di rasi bintang Cassiopeia. Astronom Tycho Brahe menyebutnya sebagai nova, sebuah kata dari bahasa Latin yang berarti “baru”. Beberapa “bintang baru” yang bersinar jauh lebih terang ini lalu dikenal sebagai supernova. Kini, kita tahu hal yang sama telah terjadi beberapa abad yang lalu dan beberapa abad setelahnya. Setidaknya di Bima Sakti, fenomena ini tampaknya hanya berlangsung sekitar setiap 50 tahun sekali. Apakah bintang baru benar-benar bisa dengan seketika muncul? Apa sebenarnya supernova itu?
“Do not go gentle into that good night. Old rage should burn and rave at close of day”
Fenomena yang diyakini astronom Kepler dan Brahe sebagai kelahiran bintang baru sebenarnya justru merupakan kematian hebat dari sebuah bintang. Supernova adalah ledakan bintang yang sudah sangat tua, yaitu ledakan besar terakhir dari bintang sebelum mati. Ketika supernova meredup, para astronom mengamati adanya awan puing-puing yang mengembang ke arah luar. Hal ini sesuai dengan gagasan bahwa ledakan telah terjadi. Para astronom telah mengamati banyak nebula yang tampak seperti ledakan, seperti Crab Nebula di rasi Taurus. Tampaknya, Crab Nebula merupakan sisa supernova yang terjadi pada 1054 M. Nebula ini masih mengembang dengan kecepatan 1400 km/s, menandakan bahwa ledakan besar seharusnya benar-benar terjadi 900 tahun yang lalu. Namun, bagaimana ledakan itu bisa terjadi?
Penyebab dari Ledakan Hebat Kematian Bintang
Terdapat beberapa tipe supernova berdasarkan bentuk kurva cahayanya. Namun, kebanyakan supernova yang telah diamati masuk ke dalam dua tipe saja, yaitu tipe I dan tipe II. Penelitian mengungkapkan bahwa supernova tipe Ia dihasilkan oleh ledakan termonuklir yang menghancurkan bintang katai putih. Bintang katai putih dapat dikatakan sebagai bola padat yang didominasi oleh atom karbon dan oksigen serta merupakan bintang paling stabil secara intrinsik selama massanya di bawah 1,4 massa Matahari, yang dikenal sebagai massa Chandrasekhar. Tampaknya, kebanyakan bintang berada dalam sistem bintang ganda. Ketika salah satu komponen dalam bintang ganda tersebut ialah katai putih, bintang katai putih dapat menarik materi dari bintang pasangannya. Ketika massa bintang katai putih melewati batas Chandrasekhar, temperatur di inti akan meningkat dan memicu reaksi berantai termonuklir yang melepaskan energi sangat besar.
How Type Ia Supernova Occurs. (Sumber: NASA/CXC/M.Weiss)
Di sisi lain, supernova tipe II, tipe Ib, dan tipe Ic dihasilkan dari keruntuhan hebat inti bintang masif. Reaksi fusi nuklir di inti bintang akan menghasilkan energi yang menahan keruntuhan gravitasi bintang. Ketika bintang sudah tidak dapat menghasilkan energi dari reaksi fusi nuklir di intinya, gaya gravitasi akan menjadi dominan dan inti bintang akan runtuh. Dengan waktu kurang dari satu detik, bintang neutron (atau lubang hitam, jika bintang sangat masif) kemudian terbentuk. Semua bagian bintang, kecuali inti, akan terlontar dan menghasilkan semburan visual terang setara hingga beberapa miliar Matahari.
The Valuable “Side Effects”
Pada bukunya yang berjudul Cosmos, Carl Sagan menyatakan, “A star is a kind of cosmic kitchen inside which atoms of hydrogen are cooked into heavier atoms.” Supernova akan melontarkan elemen-elemen tersebut ke ruang angkasa. Nebula atau awan padat yang terbentuk ini kemudian akan menjadi tempat dari kelahiran bintang-bintang. Namun, diperlukan kontraksi pada awan debu dan gas tersebut untuk akhirnya melahirkan bintang. Gelombang kejut yang berasal dari supernova akan menjadi pemicu adanya kontraksi tersebut dan kemudian gravitasi akan mengambil peran untuk melanjutkan proses kontraksi ini. Lalu, “dapur kosmik” ini akan mulai bekerja di inti bintang dengan melakukan reaksi fusi nuklir dan menghasilkan atom-atom lebih berat dan tekanan termal ke arah luar. Bintang dapat dikatakan lahir ketika kesetimbangan hidrostatik ini tercapai. In a sense, supernova menandai kematian sekaligus kelahiran bintang.
Crab Nebula (Sumber: NASA/ESA)
Peran Supernova sebagai Alat Penentu Jarak
Supernova tipe Ia berasal dari bintang katai putih dengan massa sekitar 1,4 massa Matahari. Dengan begitu, supernova tipe Ia akan menghasilkan luminositas yang hampir selalu sama. Hal tersebut menjadikan supernova tipe Ia sebagai standard candle atau lilin penentu jarak yang berguna untuk menentukan jarak kosmik. Supernova tipe Ia yang tampak lebih redup dari supernova tipe Ia lainnya menandakan bahwa supernova tersebut berjarak lebih jauh dan para astronom dapat menentukan jarak tersebut menggunakan hubungan modulus jarak. Metode pengukuran jarak ini, bahkan, membawa para astronom kepada pengamatan yang menyatakan bahwa alam semesta mengembang dipercepat yang melahirkan teori dark energy.
Standard candles (with a known luminosity) can be used to gauge cosmic distances. (Sumber: NASA/JPL-Caltech)
Supernova mengingatkan kita pada penggalan puisi terkenal pada film Interstellar, “... Old rage should burn and rave at close of day.” Di akhir hidupnya, Ia justru bersinar paling terang, seolah-olah menghabiskan semua sisa energi untuk terakhir kalinya. Elemen-elemen yang terdistribusi di ruang angkasa dan gelombang kejutnya menjadi sebuah awal bagi bintang-bintang baru untuk lahir. Elemen-elemen yang dilontarkan oleh supernova, seperti karbon, nitrogen, dan oksigen, tidak lain merupakan elemen dasar kehidupan. Jika kita renungi semakin dalam, mungkin akan terbesit pemikiran yang Sagan sendiri pernah nyatakan dalam seriesnya yang berjudul Cosmos, yaitu “The cosmos is within us. We are made of star-stuff. We are a way for the universe to know itself.”
Penulis: Karyssa Tetiani Agusta (10322050)
Penyunting: M. Khawariz Andaristiyan (10321005)
Referensi
Bohm-Vitense, E. (1989). An Introduction to Stellar Astrophysics (volume 1). Cambridge University Press. https://www.cambridge.org/id/universitypress/subjects/physics/astrophysics/introduction-stellar-astrophysics-volume-1.
Chandra X-Ray Observatory. (n.d.). Supernovas & Supernova Remnants. https://chandra.harvard.edu/xray_sources/supernovas.html.
ESO Supernova. (n.d.). How do astronomers measure distance? https://supernova.eso.org/exhibition/1111/.
Straka, W. C. (September, 1976). The Supernova. NASA. https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19770008999/downloads/19770008999.pdf.
Uri, J. (9 Oktober, 2024). 420 Years Ago: Astronomer Johannes Kepler Observes a Supernova. NASA. https://www.nasa.gov/history/420-years-ago-astronomer-johannes-kepler-observes-a-supernova/.