Sekitar lima puluh tahun yang lalu, para astronom meramalkan nasib akhir Matahari kita nantinya. Menurut teori tersebut, Matahari akan menghabiskan bahan bakar hidrogennya miliaran tahun dari sekarang dan berkembang menjadi Raksasa Merah, diikuti dengan melepaskan lapisan luarnya dan menjadi katai putih. Setelah beberapa miliar tahun pendinginan, interior akan mengkristal dan menjadi padat.
Sampai saat ini, para astronom memiliki sedikit bukti untuk mendukung teori ini. Tetapi terima kasih kepada ESA Observatorium Gaia, para astronom sekarang dapat mengamati ratusan ribu bintang katai putih dengan ketelitian luar biasa - mengukur jarak, kecerahan, dan warnanya. Ini pada gilirannya telah memungkinkan mereka untuk mempelajari apa yang akan terjadi di masa depan untuk Matahari kita ketika itu bukan lagi bintang kuning yang hangat yang kita kenal dan cintai hari ini.
Studi yang menggambarkan temuan ini baru-baru ini muncul di jurnal Alam dengan judul "Kristalisasi inti dan penumpukan dalam urutan pendinginan kerdil putih yang berevolusi." Penelitian ini dipimpin oleh Pier-Emmanuel Tremblay, seorang asisten profesor di Universitas Warwick, dan termasuk beberapa peneliti dari kelompok Astronomi dan Astrofisika Warwick, Université de Montréal, dan Universitas North Carolina.
Ketika sampai pada evolusi bintang, pengamatan selama beberapa dekade yang dikombinasikan dengan model teoritis telah memungkinkan para astronom untuk menyimpulkan apa yang akan terjadi pada sebuah bintang berdasarkan klasifikasinya. Jika bintang yang lebih besar (seperti raksasa super biru) akhirnya menjadi supernova dan menjadi bintang neutron atau lubang hitam, bintang yang lebih kecil seperti Matahari kita akan melepaskan lapisan luarnya untuk menjadi nebula planet, dan akhirnya menyimpulkan siklus hidup mereka sebagai kerdil putih.
Bintang-bintang yang sangat padat ini terus memancarkan radiasi ketika mereka mendingin, suatu proses yang berlangsung milyaran tahun. Akhirnya, interiornya akan cukup dingin - sekitar 10 juta ° C (50 juta ° F) - sehingga tekanan ekstrem yang diberikan pada inti mereka akan menyebabkan material di sana mengkristal dan berubah menjadi padat. Diperkirakan bahwa ini akan menjadi nasib hingga 97% bintang di Bima Sakti, sedangkan sisanya akan menjadi bintang neutron atau lubang hitam.
Karena kerdil putih adalah salah satu bintang tertua di Semesta, mereka sangat berguna bagi para astronom. Karena siklus hidup mereka dapat diprediksi, mereka digunakan sebagai "jam kosmik" untuk memperkirakan usia kelompok bintang tetangga dengan tingkat akurasi yang tinggi. Tetapi menentukan apa yang terjadi pada katai putih menjelang akhir siklus hidup mereka merupakan hal yang menantang.
Sebelumnya, para astronom terbatas dalam hal jumlah kurcaci putih yang bisa mereka pelajari. Semua itu berubah dengan penyebaran Gaia, sebuah observatorium ruang yang telah menghabiskan beberapa tahun terakhir secara tepat mengukur posisi, jarak, dan gerakan bintang demi menciptakan katalog ruang 3D paling detail yang pernah dibuat.
Seperti Pier-Emmanuel Tremblay, seorang ERC * Starting Grant Fellow, ditunjukkan dalam siaran pers ESA baru-baru ini:
"Sebelumnya, kami memiliki jarak hanya beberapa ratus katai putih dan banyak dari mereka berada dalam kelompok, di mana mereka semua memiliki usia yang sama. Dengan Gaia, kita sekarang memiliki jarak, kecerahan, dan warna ratusan ribu kurcaci putih untuk sampel yang cukup besar di cakram luar Bimasakti, yang mencakup rentang massa awal dan segala jenis zaman. ”
Untuk penelitian mereka, para astronom menggunakan data Gaia untuk menganalisis lebih dari 15.000 kandidat sisa bintang dalam 300 tahun cahaya Bumi. Dari sampel ini, mereka dapat mengidentifikasi kelebihan dalam jumlah bintang (alias. Pileup) yang memiliki warna dan luminositas tertentu yang tidak sesuai dengan massa atau usia tunggal.
Tumpukan ini, pernah dibandingkan dengan model evolusi bintang, tampak bertepatan dengan tahap perkembangan di mana bintang kehilangan panas dalam jumlah besar. Proses ini memperlambat proses pendinginan alami dan menyebabkan bintang-bintang mati untuk berhenti meredup, yang membuat mereka tampak hingga 2 miliar tahun lebih muda daripada yang sebenarnya.
"Ini adalah bukti langsung pertama bahwa kurcaci putih mengkristal, atau transisi dari cair ke padat," jelas Tremblay dalam pernyataan pers Warwick. "Diperkirakan lima puluh tahun yang lalu bahwa kita harus mengamati penumpukan jumlah kurcaci putih pada luminositas dan warna tertentu karena kristalisasi dan hanya sekarang ini telah diamati."
Pola ini, di mana luminositas tidak terkait dengan usia, adalah salah satu prediksi utama yang dibuat tentang mengkristal kerdil putih 50 tahun lalu. Sekarang para astronom memiliki bukti langsung dari proses ini di tempat kerja, kemungkinan akan berdampak pada pemahaman kita tentang apa yang harus dimasukkan dalam kelompok bintang kerdil putih.
"Katai putih secara tradisional digunakan untuk menentukan usia populasi bintang seperti kelompok bintang, cakram luar, dan lingkaran cahaya di Bima Sakti kita," kata Tremblay. "Kami sekarang harus mengembangkan model kristalisasi yang lebih baik untuk mendapatkan perkiraan yang lebih akurat tentang usia sistem ini."
Misalnya, sementara semua katai putih akan mengkristal pada satu titik dalam evolusi mereka, waktu yang dibutuhkan bervariasi berdasarkan bintang. Katai putih lebih masif mendingin lebih cepat dan mencapai suhu di mana kristalisasi terjadi lebih cepat (sekitar satu miliar tahun). Katai putih yang lebih kecil, yang akan menjadi seperti apa Matahari kita, mungkin memerlukan enam miliar tahun untuk melakukan transisi yang sama.
"Ini berarti bahwa miliaran katai putih di galaksi kita telah menyelesaikan proses dan pada dasarnya adalah bola kristal di langit," kata Tremblay. Sementara itu, Matahari kita dapat diperkirakan akan mengalami transisi ini dalam waktu sekitar sepuluh miliar tahun lagi. Pada saat itu, Matahari kita akan keluar dari fase Cabang Raksasa Merah, menjadi kerdil putih, dan memulai proses kristalisasi.
Ini hanyalah wahyu terbaru dari Gaia misi, yang telah menghabiskan lima tahun terakhir membuat katalog benda-benda langit di Bima Sakti dan galaksi di sekitarnya. Sebelum misi berakhir (diharapkan akan terjadi pada tahun 2022), dua rilis data dijadwalkan, dengan rilis DR3 dijadwalkan untuk 2021 dan rilis final masih harus ditentukan.
* Penelitian ini dimungkinkan berkat pendanaan oleh European Research Council (ERC).
