Teori Lubang Hitam lama mulai Goyah: Magnetar dari sebuah Bintang Maha Raksasa

Selasa, 2 November 2010 - Penemuan terbaru mengenai asal usul magnetar, bintang hasil ledakan sinar gamma di antariksa, memberikan guncangan bagi teori evolusi bintang saat ini

---

Para astronom Eropa yang menggunakan Very Large Telescope milik ESO menemukan untuk pertama kalinya, sebuah magnetar yang terbentuk dari bintang maha raksasa. Magnetar adalah salah satu tipe bintang neutron yang memiliki medan magnet sangat besar. Magnetar yang ditemukan kali ini ternyata berasal dari sebuah bintang yang massanya setidaknya 40 kali massa matahari. Teori yang kita terima sekarang mengatakan kalau bintang sebesar itu semestinya menjadi lubang hitam, bukannya neutron. Akibatnya, teori ini dipertanyakan atau minimal di revisi, karena lubang hitam masih belum terbentuk walaupun massa bintang asal telah mencapai 40 kali massa matahari.

Gambaran seniman ini menunjukkan magnetar dalam kluster Westerlund 1. (Credit: ESO/L. Calçada)

Untuk tiba pada kesimpulan ini, para astronom melihat dengan teliti pada kluster bintang unik, Westerlund 1, yang berada 16 ribu tahun cahaya dari bumi di rasi Ara. Dari penelitian sebelumnya, para astronom tau kalau Westerlund 1 adalah kluster bintang super terdekat dari bumi. Westerlund 1 dikatakan super karena memuat ratusan bintang sangat massif, beberapa diantaranya bersinar dengan tingkat kecemerlangan satu juta matahari dan beberapa diameternya mencapai dua ribu kali diameter matahari (ini berarti sebesar orbit Saturnus atau 8 miliar kali ukuran matahari).

Menurut Ben Ritchie, salah seorang peneliti, bila Matahari berada di jantung kluster super ini, malam hari kita akan dipenuhi oleh ratusan bintang seterang bulan purnama.

Westerlund 1 akibatnya menjadi sebuah kebun bintang yang mengagumkan. Ada aneka jenis bintang dari yang umum hingga yang langka. Bintang-bintang di kluster ini memiliki kesamaan, usia mereka sama, yaitu sekitar 3,5 hingga 5 juta tahun, saat kluster ini terbentuk dalam satu peristiwa pembentukan bintang serempak.

Magnetar sendiri adalah sejenis bintang neutron yang memiliki medan magnet luar biasa besar. Medan magnet sebuah Magnetar bisa mencapai ribuan triliun medan magnet bumi. Medan magnet ini terujud karena ledakan supernova bintang jenis tertentu. Kluster Westerlund 1 sendiri memiliki satu dari beberapa magnetar yang diketahui di Bima Sakti. Karena kedekatannya ini, maka para ilmuan berhasil menentukan bintang asal dari magnetar ini, dan ternyata massa bintang asal ini sedikitnya 40 kali massa matahari.

Karena semua bintang di Westerlund 1 memiliki usia yang sama, tentu saja bintang yang meledak dan menyisakan sebuah magnetar di kluster ini berarti memiliki usia lebih pendek dari bintang lainnya yang masih menyala terang di kluster. “Karena rentang usia bintang berkaitan langsung dengan massanya (semakin berat, semakin pendek usianya), kalau kita bisa mengukur massa bintang yang masih menyala, kita bisa tahu bintang yang lebih pendek usianya yang menjadi magnetar mestinya lebih berat lagi” demikian kata ketua tim peneliti, Simon Clark. “Hal ini penting karena belum ada teori yang menjelaskan bagaimana proses terbentuknya magnet luar biasa kuat itu.”

Para astronom kemudian mempelajari bintang-bintang yang merupakan anggota sistem ganda gerhana W13 di Westerlund 1 menggunakan fakta bahwa, dalam sistem demikian, massa dapat ditentukan dengan mudah dari gerakan bintang.

Dengan membandingkan bintang-bintang ini, mereka menemukan kalau bintang yang menjadi magnetar tersebut massanya paling tidak 40 kali massa matahari. Ini membuktikan untuk pertama kalinya bahwa magnetar dapat ber evolusi dari bintag yang begitu berat yang secara normal mestinya menjadi lubang hitam. Anggapan sebelumnya adalah bintang dengan massa awal antara 10 dan 25 massa matahari saja yang bisa menjadi bintang neutron, dan di atas itu akan menjadi lubang hitam.

“Bintang ini harusnya membuang lebih dari 9/10 massanya sebelum meledak menjadi supernova. Dengan cara ini, ia bisa menjadi bintang neutron, bila kita memakai teori lama. Jika tidak, teori lama mengatakan kalau ia akan menjadi lubang hitam” demikian kata peneliti Ignacio Negueruela. “Hilangnya massa yang begitu besar tentunya tantangan besar bagi teori evolusi bintang.”

“Akibatnya, ada pertanyaan mendesak, seberapa berat sebuah bintang harus runtuh menjadi lubang hitam, jika bahkan bintang bermassa 40 kali matahari saja masih belum menjadi lubang hitam,” demikian kesimpulan peneliti Norbert Langer.

Mekanisme pembentukan yang dipilih oleh para astronom adalah bintang yang menjadi magnetar terlahirkan sebagai bintang ganda. Saat kedua bintang ini ber evolusi, mereka saling berinteraksi, dengan energi yang diambil dari gerakan orbit mereka yang mengembang dalam lontaran sejumlah besar massa dari bintang leluhur magnetar. Sayangnya, tidak ada bukti kalau bintang saudara sang magnetar ini ada di sekitar magnetar itu. Ini mungkin karena supernova yang membentuk magnetar itu membuat sang bintang terlepas dari orbitnya, dan melontarkan kedua bintang bersaudara ini menjauh dengan cepat.

“Bila hipotesis kami benar, maka sistem bintang kembar berperan penting dalam evolusi bintang lewat pemicuan lenyapnya massa, yang dapat mencapai lebih dari 95% massa anggotanya,” demikian kesimpulan Clark.

Catatan

Kluster bintang Westerlund 1

Magnetar

1. Kluster bintang Westerlund 1 adalah kluster bertipe terbuka. Ia ditemukan tahun 1961 oleh astronom Swedia, Bengt Westerlund, saat meneliti di Australia. Beliau kemudian menjadi direktur ESO yang berkedudukan di Chili tahun 1970-74. Kluster ini berada tersembunyi di balik awan gas dan debu antar bintang raksasa, sehingga sulit ditemukan. Faktor redupnya lebih dari 100 ribu. Westerlund 1 adalah laboratorium alami yang unik untuk mempelajari fisika bintang ekstrim. Ia membantu para astronom menemukan bagaimana bintang-bintang paling berat di Bima Sakti hidup dan mati. Dari pengamatan mereka, para astronom menyimpulkan kalau kluster ekstrim ini mungkin memuat sekitar 100 ribu massa matahari dan semua bintangnya terkemas dalam daerah yang hanya berdiameter 6 tahun cahaya saja. Akibatnya, Westerlund 1 menjadi kluster muda paling padat yang ada di galaksi Bima Sakti. Semua bintang yang telah di analisa di Westerlund 1 memiliki massa minimal 30 – 40 massa matahari. Karena bintang demikian usianya pendek, maka Westerlund 1 pastinya sangat muda. Para astronom menyimpulkan kalau usia kluster ini sekitar 3,5 hingga 5 juta tahun. Westerlund 1 jelas sebuah kluster pendatang baru di galaksi kita.
2. Magnetar pertama sendiri ditemukan tanggal 5 Maret 1979 oleh dua pesawat antariksa Soviet. Mereka mendeteksi letusan sinar gamma dari sebuah sumber. Perhitungan sinar gamma normalnya adalah 100 buah per detik, namun saat itu tercatat hingga 200 ribu buah per detik. Letusan sinar gamma ini terus terjadi. Sebelas detik kemudian, pesawat antariksa NASA, Helios 2 juga mendeteksinya. Sayangnya Helios 2 terkena dampak yang lebih parah sehingga jatuh di Venus. Sinar gamma ini kemudian teramati di detektor Departemen Pertahanan AS, Satelit Vela dan Satelit Prognoz 7 milik Soviet serta Observatorium Einstein. Sebelum keluar dari Tata Surya, ledakan ini menghantam International Sun Earth Explorer. Ledakan sinar gamma ini 100 kali lebih kuat dari ledakan sinar gamma yang sebelumnya diketahui. Sekarang diketahui kalau sumber ledakan tersebut adalah supernova yang meledak 5000 tahun lalu (berarti 5000 tahun cahaya dari bumi). Sisa supernova itu sendiri adalah sebuah magnetar dan inilah magnetar pertama yang ditemukan dalam dunia astronomi.

Informasi lebih lanjut

Penelitian ini ditampilkan dalam jurnal Astronomy and Astrophysics (“A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1: II. Dynamical constraints on magnetar progenitor masses from the eclipsing binary W13,” oleh B. Ritchie et al.). Penelitian sebelumnya oleh tim ini dibuat tahun 2006 dan daapt dibaca secara gratis disini : A Neutron Star with a Massive Progenitor in Westerlund 1 http://arxiv.org/PS_cache/astro-ph/pdf/0509/0509408v3.pdf

Tim peneliti terdiri dari Ben Ritchie dan Simon Clark (Open University, UK), Ignacio Negueruela (Universidad de Alicante, Spanyol), dan Norbert Langer (Universität Bonn, Jerman dan Universiteit Utrecht, Belanda).

Para astronom menggunakan instrumen FLAMES di Very Large Telescope milik ESO di Paranal, Chili untuk mempelajari bintang-bintang di kluster Westerlund 1.

Referensi :

1. B. W. Ritchie, J. S. Clark, I. Negueruela, N. Langer. A VLT/FLAMES survey for massive binaries in Westerlund 1: II. Dynamical constraints on magnetar progenitor masses from the eclipsing binary W13. Astronomy & Astrophysics, 2010;
2. Cline, T. L., Desai, U. D., Teegarden, B. J., Evans, W. D., Klebesadel, R. W., Laros, J. G., (Apr. 1982). “Precise source location of the anomalous 1979 March 5 gamma-ray transient”. Journal: Astrophysical Journal 255: L45-L48
3. “HLD user program, at Dresden High Magnetic Field Laboratory”. http://www.fzd.de/db/Cms?pNid=1482.
4. Michael P. Muno, J. S. Clark, P. A. Crowther, S. M. Dougherty, R. de Grijs, C. Law, S. L. W. McMillan, M. R. Morris, I. Negueruela, D. Pooley, S. P. Zwart, F. Yusef-Zadeh. A Neutron Star with a Massive Progenitor in Westerlund 1. The Astrophysical Journal, 2006; 636 (1): L41