Evolusi Bintang

Bintang-bintang generasi pertama dilahirkan sekitar 13 miliar tahun lalu, ketika galaksi kita mulai memadat dari proses pemuaian jagat raya. Sebagian besar diantaranya masih terbuat dari hidrogen dan helium. Kedua unsur ini memang merupakan satu-satunya elemen yang terbentuk dalam jumlah besar selama proses dentuman besar (big bang) yang diyakini menandai awal terciptanya alam semesta.

Bintang-bintang seperti halnya Matahari lahir secara berkelompok dalam kompleks-kompleks awan besar yang termampatkan yang disebut nebula. Salah satu nebula yang terkenal yang menjadi tempat kelahiran banyak bintang adalah sebuah bercak samar di rasi Orion yang dikenal sebagaiNebula Orion. Dilihat dari luar, sebuah nebula nampak gelap dan suram, namun di bagian dalamnya mereka teriluminasi dengan cemerlang oleh bintang-bintang yang baru lahir. Setelah itu, bintang-bintang muda itu akan melanglang keluar dari tempat kelahirannya di galaksi induknya.

Gambar 1: Nebula Orion

Ke arah bintang Deneb di rasi Cygnus ada suatu gelembung super yang sangat besar dari gas yang sangat panas yang mungkin dihasilkan oleh ledakan sebuah supernova di dekat pusat gelembung itu. Pada tepiannya, materi antar bintang dimampatkan oleh gelombang supernova dan memicu keruntuhan awan dan pembentukan bintang. Dari segi ini, sebagaimana kehidupan manusia, bintang juga memiliki orangtua. Dan seperti yang kadang-kadang kita alami, orangtua juga dapat mengalami kematian ketika melahirkan anaknya.

Dalam periode remajanya, sebuah bintang biasanya masih diselubungi oleh berkas nebula gas yang berpendar, sisa-sisa dari proses pembentukan yang secara gravitasional masih melekat padanya. Contoh bintang semacam ini bisa kita lihat pada bintang-bintang di rasi Pleiades.

Mirip seperti yang dialami manusia, bintang-bintang yang beranjak dewasa berkelana jauh dari rumah, dan saudara-saudara sekandung jarang saling bertemu. Bisa jadi di suatu tempat di galaksi Bimasakti ada bintang-bintang, mungkin lusinan jumlahnya, yang merupakan saudara sekandung dari Matahari kita. Mereka terbentuk dari nebula yang sama sekitar 5 milyar tahun lalu. Tapi kita tidak tahu bintang yang manakah itu. Mereka bisa saja berada di sisi lain dari galaksi kita, atau mungkin menjadi salah satu dari bintang kecil tak berarti yang kita lihat berkelap-kelip di langit malam.

Dalam proses kelahiran sebuah bintang, tumbukan molekul gas dalam interior awan memanaskannya hingga pada akhirnya tiba ke titik dimana atom-atom hidrogen mulai bergabung menjadi helium: empat atom hidrogen bersatu untuk membentuk satu inti helium. Proses ini diikuti dengan pelepasan foton sinar gamma. Foton tersebut mengalami alternasi emisi dan absorpsi oleh materi yang terhampar, yang secara berangsur-angsur berupaya mencapai permukaan bintang.

Dalam perjalanannya, foton terus menerus mengalami kehilangan energi. Butuh waktu hingga sejuta tahun bagi foton untuk mencapai permukaan bintang dan dipancarkan ke ruang. Sang bintang kini telah menyala. Keruntuhan gravitasional awan pra-bintang telah terhenti. Beban lapisan-lapisan terluar bintang sekarang didukung oleh suhu dan tekanan tinggi yang dihasilkan di bagian interior reaksi inti. Matahari berada pada kondisi stabil seperti itu selama 5 milyar tahun terakhir. Reaksi termonuklir seperti yang terjadi pada bom hidrogen memberikan tenaga kepada matahari dalam ledakan yang kontinyu dan berwadah, mengubah sekitar 4 juta ton hidrogen tiap detiknya. Ketika kita menengadahi langit malam dan memandang kelap-kelip bintang, semua yang kita lihat bercahaya karena adanya penggabungan inti hidrogen di kejauhan.

Akhir Hidup Bintang

Proses fusi dalam bintang-bintang ini terus mengubah hidrogen menjadi helium. Ketika persediaan hidrogen habis, maka helium mulai terbakar untuk membentuk elemen yang lebih berat. Reaksi penyatuan ini akan terus berlangsung untuk memberi tenaga kepada bintang sampai seluruh intinya berubah menjadi besi. Besi tidak dapat melewati proses fusi untuk membentuk elemen yang lebih berat sehingga bahan bakar nuklir di bintang itu pun habislah.

Kecepatan bintang membakar persediaan nuklir tergantung pada massanya. Sebagai bintang bermassa sedang, Matahari kita masih belum sampai separuh jalan dalam fase pertama evolusi bintang. Matahari telah membakar hidrogen selama 5 milyar tahun dan masih akan berpijar mantap hingga 5 milyar tahun berikutnya. Sebaliknya, bintang-bintang bermassa besar (sekitar 10 kali massa matahari) akan membakar persediaan hidrogennya dengan kecepatan hingga 1000 kali kecepatan proses serupa pada bintang sekelas Matahari. Bintang semacam ini akan menghabiskan bahan bakarnya dalam tempo kurang dari 100 juta tahun.

Nasib yang disediakan bagi masing-masing tipe bintang ini di akhir hidupnya juga berbeda. Bintang sekelas Matahari akan mengakhiri hidupnya dalam sebuah proses evolusi yang lambat. Ketika persediaan hidrogennya mulai berkurang, teras bintang akan menyusut. Penyusutan itu akan menghasilkan lebih banyak energi yang menyebabkan terhentinya penyusutan, dan bintang bersangkutan akan mulai mengembang. Bintang itu akan terus membengkak hingga menjadi sebuah bintang raksasa merah (red giant).

Helium yang terbentuk dalam proses fusi bintang itu semasa hidupnya akan membeku dan membuatnya lebih mengembang. Menjelang habisnya helium, bintang tersebut akan menjadi labil. Ia akan melepas lapisan luarnya dan sisanya akan runtuh kedalam. Bintang itu akan mulai berkontraksi dan menjelma menjadi bintang kerdil putih (white dwarfs), yang berukuran kira-kira sebesar Bumi namun dengan kerapatan yang sangat tinggi. Bintang tersebut akan mengalami tahapan ini sampai suatu saat produksi energi benar-benar terhenti dan bintang itu akan menemui ajalnya sebagai sebuah bintang mati yang dingin dan gelap.

Bintang-bintang bermassa besar akan mengakhiri hidupnya secepat ia membakar persediaan hidrogennya.Dalam tempo beberapa detik setelah bahan bakar nuklirnya habis, sebuah reaksi nuklir yang lebih eksotik segera berlangsung untuk mengantarkannya sebagai sebuah supernova.

Supernova

Proses terbentuknya supernova biasanya berawal dari pembangkitan pusat besi yang masif oleh fusi silikon. Dibawah tekanan yang sangat tinggi, elektron bebas didalam interior bintang dipaksa untuk menyatu dengan proton inti besi, dimana muatan listrik yang sama dan berlawanan saling meniadakan. Bagian dalam inti bintang akan berubah menjadi suatu nukleus atom raksasa tunggal, mengisi volume yang jauh lebih kecil daripada elektron dari inti besi sebelumnya. Pusat itu meledak ke dalam dengan kuatnya, bagian eksterior menyatu kembali dan suatu ledakan supernova dihasilkan. Supernova dapat lebih cemerlang daripada keseluruhan cahaya yang dihasilkan oleh semua bintang lain dalam galaksi dimana supernova terbentuk.

Terbentuknya supernova temasuk fenomena yang jarang terjadi. Pada umumnya, terjadinya supernova dalam sebuah galaksi adalah berkisar sekali dalam satu abad. Sepanjang hidup sebuah galaksi -- sekitar 10 milyar tahun -- 100 juta bintang akan meledak. Ini jumlah yang sangat banyak, tetapi itu baru berarti hanya satu diantara 1000 bintang yang akan berakhir sebagai sebuah supernova.

Salah satu supernova yang terkenal dicatat oleh para astronom China pada 4 Juli 1054. Dalam catatan itu disebutkan bahwa sebuah bintang baru -- mereka menyebutnya "bintang tamu" -- yang sebelumnya tidak pernah terlihat mendadak muncul di rasi Taurus dan bersinar dengan sangat terang. Konon sinarnya begitu terang sehingga dapat terlihat di siang hari, sementara di malam hari orang bisa membaca hanya dengan mengandalkan sinarnya. Objek ini terlihat hingga tiga bulan sebelum akhirnya lenyap begitu saja. Sisa-sisa peristiwa itu masih dapat kita lihat saat ini melalui teleskop sebagai sebuah nebula yang dikenal sebagai Nebula Kepiting (Crab Nebula).

Gambar 2: Nebula Kepiting, sisa ledakan supernova tahun 1054

Astronom lain dari beberapa kebudayaan, termasuk diantaranya astronom Arab, juga mencatat kejadian ini. Satu hal yang menarik bahwa peristiwa ini tidak tercatat pada semua kronik Eropa barat masa itu. Hal ini mungkin bisa dipahami mengingat dogma gereja masa itu menyatakan bahwa langit bersifat kekal dan tidak pernah berubah. Karenanya, bagi astronom Eropa masa itu melaporkan hal-hal yang bertentangan dengan pandangan gereja mengandung resiko dikenakan tuduhan bidah yang diancam dengan hukuman berat.

Baru pada 1572, Tycho Brahe, seorang astronom Eropa melaporkan adanya sebuah supernova lain. Ia menyebutnya nova stella, yang artinya "bintang baru". Supernova lainnya tercatat pada 1604 oleh Johannes Kepler. Sayangnya, tidak ada supernova yang teramati di galaksi kita sejak penemuan teleskop, dan selama berabad-abad para astronom dibuat penasaran oleh pencarian terhadap objek ini.

Nova

Dua buah bintang dengan massa yang hampir sama akan berevolusi hampir secara sejajar. Tetapi bintang yang lebih masif akan lebih cepat menghabiskan bahan bakar nuklirnya, lebih cepat menjadi raksasa merah, dan menjadi yang pertama mencapai kemunduran akhir kerdil putih. Karenanya, seharusnya ada banyak (dan kenyataannya memang demikian) kasus bintang gandadimana satu komponennya adalah bintang raksasa merah, dan pasangannya berupa kerdil putih.

Sejumlah pasangan semacam itu sedemikian dekatnya hingga bersentuhan. Sebagian atmosfer mengalir dari bintang raksasa merah yang bengkak ke kerdil putih yang masif lewat suatu daerah tertentu dari permukaan kerdil putih. Hidrogen menumpuk menekan hingga tekanan dan suhunya terus meninggi karena gravitasi yang kuat dari kerdil putih. Demikian seterusnya hingga sejumlah atmosfer yang "dicuri" dari raksasa merah mengalami reaksi termonuklir, dan kerdil putih meletup sesaat menjadi lebih cemerlang.

Bintang ganda semacam itu biasa disebut sebagai nova. Secara umum, nova memiliki asal-usul yang berbeda dari supernova. Nova hanya terdapat pada sistem bintang ganda dan dimotori oleh fusi hidrogen, sedangkan supernova terjadi pada bintang tunggal dan dimotori oleh peleburan silikon.

Kembali ke Asal

Sepintas supernova merupakan tahap akhir dari kehidupan sebuah bintang. Namun, kita tidak boleh lupa bahwa bintang-bintang dan planet pengiringnya juga dilahirkan dari keruntuhan gravitasional awan gas dan debu antar bintang. Dengan demikian, supernova selain merupakan akhir dari riwayat sebuah bintang, di sisi lain juga merupakan pemicu tahapan evolusi bintang yang melahirkan bintang-bintang baru.

Banyak dari elemen-elemen berat yang dihasilkan selama hidup sebuah bintang atau setelah meledak menjadi sebuah supernova tersebar di ruang antar bintang. Sebagian dari "debu bintang" ini bergabung dengan gas yang runtuh dan membentuk bintang lain di suatu tempat. Miliaran tahun kemudian, generasi bintang-bintang berikutnya pun terlahir.

Masing-masing bintang bisa dikelilingi oleh lingkaran gas dan debu yang dapat menyatu dan membentuk planet berisi elemen-elemen berat seperti kalsium, karbon, dan besi. Adalah kenyataan yang menakjubkan bahwa kita semua tersusun dari elemen-elemen itu. Nitrogen dalam DNA kita, kalsium dalam tulang dan gigi kita, dan besi dalam darah kita, semua atom yang membentuk tubuh kita, terbentuk milyaran tahun yang lalu di perapian yang berasal dari keruntuhan sebuah bintang. Kita semua terbuat dari materi bintang.