Langit kita diselimuti lautan hantu bintang; semua hantu potensial yang telah mati selama jutaan tahun, namun kami belum mengetahuinya. Itulah yang akan kita diskusikan hari ini. Apa yang terjadi pada bintang terbesar kita, dan bagaimana hal itu memengaruhi susunan alam semesta tempat kita tinggal.
Kami memulai perjalanan ini dengan mengamati Nebula Kepiting. Warna-warnanya yang indah memanjang keluar ke kehampaan yang gelap; sebuah makam surgawi yang berisi peristiwa kekerasan yang terjadi ribuan tahun yang lalu. Anda menjangkau dan dengan jentikan pergelangan tangan Anda, mulailah memutar waktu dan saksikan nebula cantik ini mulai menyusut. Saat jam berputar mundur, warna nebula mulai berubah, dan Anda memperhatikan bahwa nebula menyusut ke satu titik. Saat kalender mendekati 5 Juli 1054, awan gas itu menjadi cerah dan menetap di satu titik di langit yang seterang bulan purnama dan terlihat di siang hari. Kecerahan memudar dan akhirnya ada titik cahaya; bintang yang tidak kita lihat hari ini. Bintang ini telah mati, namun pada saat ini kita tidak akan mengetahuinya. Bagi seorang pengamat sebelum tanggal ini, bintang ini tampak abadi, seperti semua bintang lainnya. Namun, seperti yang kita ketahui dari sudut pandang istimewa kita, bintang ini akan menjadi supernova dan melahirkan salah satu nebula paling spektakuler yang kita amati saat ini.
Hantu bintang adalah cara tepat untuk menggambarkan banyak bintang besar yang kita lihat tersebar di seluruh alam semesta. Apa yang tidak disadari banyak orang adalah bahwa ketika kita melihat jauh ke dalam alam semesta, kita tidak hanya melihat melintasi jarak yang sangat jauh, tetapi kita mengintip ke masa lalu. Salah satu sifat dasar alam semesta yang kita kenal dengan baik adalah bahwa cahaya bergerak dengan kecepatan terbatas: sekitar 300.000.000 m / s (sekitar 671.000.000 mph). Kecepatan ini telah ditentukan melalui banyak pengujian ketat dan bukti fisik. Faktanya, memahami konstanta fundamental ini adalah kunci dari banyak hal yang kita ketahui tentang alam semesta, terutama dalam kaitannya dengan Relativitas Umum dan Mekanika Kuantum. Meskipun demikian, mengetahui kecepatan cahaya adalah kunci untuk memahami apa yang saya maksud dengan hantu bintang. Soalnya, informasi bergerak dengan kecepatan cahaya. Kami menggunakan cahaya dari bintang-bintang untuk mengamati mereka dan dari sini memahami bagaimana mereka beroperasi.
Sebuah contoh yang layak dari jeda waktu ini adalah matahari kita sendiri. Matahari kita kira-kira 8 menit cahaya. Artinya cahaya yang kita lihat dari bintang kita membutuhkan 8 menit untuk melakukan perjalanan dari permukaannya ke mata kita di bumi. Jika matahari kita tiba-tiba menghilang sekarang, kita tidak akan mengetahuinya selama 8 menit; ini tidak hanya mencakup cahaya yang kita lihat, tetapi bahkan pengaruh gravitasinya yang diberikan pada kita. Jadi jika matahari lenyap sekarang, kita akan melanjutkan jalur orbit kita tentang bintang kita yang sekarang tidak ada selama 8 menit lagi sebelum informasi gravitasi mencapai kita memberi tahu kita bahwa kita tidak lagi terikat secara gravitasi padanya. Ini menetapkan batas kecepatan kosmik kita untuk seberapa cepat kita dapat menerima informasi, yang berarti bahwa segala sesuatu yang kita amati jauh ke dalam alam semesta datang kepada kita karena itu adalah jumlah 'x' tahun yang lalu, di mana 'x' adalah jarak cahayanya dari kita. Ini berarti kita mengamati bintang yang berjarak 10 tahun cahaya dari kita seperti 10 tahun yang lalu. Jika bintang itu mati sekarang, kita tidak akan mengetahuinya selama 10 tahun lagi. Dengan demikian, kita dapat mendefinisikannya sebagai "hantu bintang"; sebuah bintang yang mati dari sudut pandangnya di lokasi, tetapi masih hidup dan sehat di kita.
Sebagaimana dibahas dalam artikel saya sebelumnya (Bintang: Satu Hari dalam Kehidupan), evolusi bintang adalah kompleks dan sangat dinamis. Banyak faktor yang memainkan peran penting dalam segala hal mulai dari menentukan apakah bintang itu akan terbentuk di tempat pertama, hingga ukuran dan dengan demikian masa hidup bintang tersebut. Dalam artikel sebelumnya yang disebutkan di atas, saya membahas dasar-dasar pembentukan bintang dan kehidupan dari apa yang kita sebut bintang urutan utama, atau lebih tepatnya bintang yang sangat mirip dengan matahari kita sendiri. Sementara proses pembentukan dan kehidupan bintang sekuens utama dan bintang-bintang yang akan kita diskusikan cukup mirip, ada perbedaan penting dalam cara bintang-bintang yang akan kita selidiki mati. Kematian bintang berurutan utama memang menarik, tetapi mereka hampir tidak bisa dibandingkan dengan cara pembengkokan ruangwaktu yang diakhiri oleh bintang yang lebih besar ini.
Seperti disebutkan di atas, ketika kami mengamati bintang yang telah lama hilang yang terletak di pusat Nebula Kepiting, ada titik di mana objek ini bersinar seterang bulan purnama dan dapat dilihat pada siang hari. Apa yang dapat menyebabkan sesuatu menjadi sangat terang sehingga dapat dibandingkan dengan tetangga selestial terdekat? Mengingat Nebula Kepiting berjarak 6.523 tahun cahaya, itu berarti bahwa sesuatu yang kira-kira 153 miliar kali lebih jauh daripada bulan kita bersinar seterang bulan. Ini karena bintang itu menjadi supernova ketika mati, yang merupakan nasib bintang-bintang yang jauh lebih besar dari matahari kita. Bintang-bintang yang lebih besar dari matahari kita akan berakhir di dua keadaan yang sangat ekstrem setelah kematiannya: bintang-bintang neutron dan lubang hitam. Keduanya adalah topik yang layak yang dapat berlangsung selama berminggu-minggu dalam kursus astrofisika, tetapi bagi kita hari ini, kita hanya akan membahas bagaimana monster gravitasi terbentuk dan apa artinya bagi kita.
Kehidupan seorang bintang adalah kisah tentang peleburan nyaris yang terkandung dalam cengkeraman kehadiran gravitasinya sendiri. Kami menyebutnya keseimbangan hidrostatik, di mana tekanan luar dari elemen fusi dalam inti bintang sama dengan tekanan gravitasi ke dalam yang diterapkan karena massa bintang. Pada inti dari semua bintang, hidrogen disatukan menjadi helium (pada awalnya). Hidrogen ini berasal dari nebula tempat lahirnya bintang, yang bersatu dan runtuh, memberikan bintang itu kesempatan pertama untuk hidup. Sepanjang umur bintang, hidrogen akan habis, dan semakin banyak “abu” helium akan mengembun di tengah bintang. Akhirnya, bintang akan kehabisan hidrogen, dan fusi akan berhenti sebentar. Kurangnya tekanan luar karena tidak ada fusi yang terjadi sementara memungkinkan gravitasi untuk menang dan itu menghancurkan bintang ke bawah. Saat bintang menyusut, densitas, dan dengan demikian suhu di inti bintang meningkat. Akhirnya, ia mencapai suhu tertentu dan abu helium mulai melebur. Ini adalah bagaimana semua bintang berlanjut sepanjang bagian utama kehidupannya dan menuju tahap pertama kematiannya. Namun, di sinilah bintang-bintang berukuran matahari dan bintang-bintang besar yang kita diskusikan sebagian.
Sebuah bintang yang kira-kira mendekati ukuran matahari kita sendiri akan melalui proses ini hingga mencapai karbon. Bintang dengan ukuran ini tidak cukup besar untuk memadukan karbon. Jadi, ketika semua helium telah menyatu menjadi oksigen dan karbon (melalui dua proses yang terlalu rumit untuk dibahas di sini), bintang tidak dapat "menghancurkan" oksigen dan karbon cukup untuk memulai fusi, gravitasi menang dan bintang mati. Tetapi bintang-bintang yang memiliki massa lebih dari matahari kita (sekitar 7x massa) dapat terus melewati elemen-elemen ini dan terus bersinar. Mereka memiliki massa yang cukup untuk melanjutkan proses "himpitan dan sekering" ini yang merupakan interaksi dinamis di jantung tungku langit ini.
Bintang-bintang yang lebih besar ini akan melanjutkan proses fusi mereka melewati karbon dan oksigen, melewati silikon, hingga mencapai besi. Besi adalah catatan kematian yang dinyanyikan oleh raksasa raksasa ini, seperti ketika besi mulai mengisi inti mereka yang sekarat, bintang itu dalam lemparan mautnya. Tetapi struktur energi yang sangat besar ini tidak diam-diam memasuki malam. Mereka keluar dengan cara yang paling spektakuler. Ketika elemen non-besi terakhir menyatu dalam inti mereka, bintang mulai layak dilupakan. Bintang datang menabrak dirinya sendiri karena tidak memiliki cara untuk mencegah cengkeraman gravitasi yang tak kenal lelah, menghancurkan lapisan berikutnya dari elemen sisa dari masa hidupnya. Jatuh bebas ke dalam ini bertemu pada ukuran tertentu dengan kekuatan yang mustahil untuk ditembus; tekanan degenerasi neutron yang memaksa bintang untuk melambung keluar. Energi gravitasi dan kinetik dalam jumlah besar ini kembali dengan amarah yang menerangi alam semesta, mengalahkan seluruh galaksi dalam sekejap. Kemarahan ini adalah darah kehidupan kosmos; drum berdetak di simfoni galaksi, karena energi yang kuat ini memungkinkan penggabungan unsur-unsur yang lebih berat daripada besi, hingga uranium. Unsur-unsur baru ini diledakkan ke luar oleh kekuatan luar biasa ini, menunggangi gelombang energi yang melemparkan mereka jauh ke dalam kosmos, menyemai alam semesta dengan semua unsur yang kita ketahui.
Tapi apa yang tersisa? Apa yang ada setelah acara spektakuler ini? Itu semua tergantung lagi pada massa bintang. Seperti disebutkan sebelumnya, dua bentuk yang diambil bintang masif yang mati adalah Neutron Star atau Black Hole. Untuk Bintang Neutron, formasi ini cukup kompleks. Pada dasarnya, peristiwa yang saya jelaskan terjadi, kecuali setelah supernova, yang tersisa hanyalah bola neutron yang merosot. Degenerate hanyalah sebuah istilah yang kita terapkan pada bentuk yang terjadi ketika dikompresi hingga batas yang diizinkan oleh fisika. Sesuatu yang merosot sangat padat, dan ini berlaku untuk bintang neutron. Angka yang Anda mungkin pernah dengar adalah bahwa satu sendok teh bahan bintang neutron akan berbobot sekitar 10 juta ton, dan memiliki kecepatan lepas (kecepatan yang diperlukan untuk melepaskan diri dari tarikan gravitasi) sekitar 0,4c, atau 40% kecepatan. cahaya. Kadang-kadang bintang neutron dibiarkan berputar dengan kecepatan luar biasa, dan kami menamakannya sebagai pulsar; nama tersebut berasal dari cara kami mendeteksi mereka.
Jenis-jenis bintang ini menghasilkan BANYAK radiasi. Bintang-bintang neutron memiliki medan magnet yang sangat besar. Medan ini mempercepat elektron di atmosfer bintangnya hingga kecepatan luar biasa. Elektron ini mengikuti garis medan magnet bintang neutron ke kutubnya, di mana mereka dapat melepaskan gelombang radio, sinar-X, dan sinar gamma (tergantung pada jenis bintang neutron itu). Karena energi ini terkonsentrasi pada kutub, ia menciptakan semacam efek mercusuar dengan sinar energi tinggi yang bertindak seperti berkas cahaya yang keluar dari mercusuar. Saat bintang berputar, sinar-sinar ini menyapu berkali-kali per detik. Jika Bumi, dan dengan demikian peralatan pengamatan kita, kebetulan berorientasi baik dengan pulsar ini, kita akan mendaftarkan "pulsa" energi ini ketika sinar bintang membasahi kita. Untuk semua pulsar yang kita ketahui, kita terlalu jauh untuk mendapatkan energi untuk melukai kita. Tetapi jika kita dekat dengan salah satu dari bintang mati ini, radiasi yang membasahi planet kita secara terus-menerus ini akan menyebabkan kepunahan hidup yang kita kenal.
Apa bentuk lain yang diambil bintang mati; lubang hitam? Bagaimana ini terjadi? Jika material merosot sejauh yang bisa kita hancurkan, bagaimana lubang hitam muncul? Sederhananya, lubang hitam adalah hasil dari bintang besar yang tak terbayangkan dan dengan demikian jumlah materi yang sangat besar yang mampu "memecahkan" tekanan degenerasi neutron ini saat runtuh. Bintang pada dasarnya jatuh ke dalam dengan kekuatan sedemikian rupa sehingga menembus batas yang tampaknya fisik ini, beralih pada dirinya sendiri dan membungkus ruangwaktu menjadi titik kepadatan tak terbatas; singularitas. Peristiwa luar biasa ini terjadi ketika sebuah bintang memiliki sekitar 18x jumlah massa yang dimiliki matahari kita, dan ketika mati, itu benar-benar lambang fisika yang pergi ke ekstrem. "Massa ekstra" inilah yang memungkinkannya untuk menjatuhkan bola neutron yang merosot ini dan jatuh hingga tak terbatas. Sangat menakutkan dan indah untuk dipikirkan; sebuah titik dalam ruangwaktu yang tidak sepenuhnya dipahami oleh fisika kita, namun sesuatu yang kita tahu ada. Hal yang benar-benar luar biasa tentang lubang hitam adalah bahwa itu seperti alam semesta bekerja melawan kita. Informasi yang kita butuhkan untuk sepenuhnya memahami proses di dalam lubang hitam terkunci di balik tabir yang kita sebut cakrawala peristiwa. Ini adalah point of no return untuk black hole, di mana segala sesuatu di luar titik ini dalam ruangwaktu tidak memiliki jalur masa depan yang mengarah keluar darinya. Tidak ada yang lolos pada jarak ini dari bintang yang hancur pada intinya, bahkan cahaya, dan dengan demikian tidak ada informasi yang meninggalkan batas ini (setidaknya tidak dalam bentuk yang dapat kita gunakan). Hati yang gelap dari objek yang benar-benar menakjubkan ini meninggalkan banyak hal yang diinginkan, dan menggoda kita untuk memasuki wilayahnya untuk mencoba dan mengetahui yang tidak diketahui; untuk menangkap buah dari pohon pengetahuan.
Sekarang harus dikatakan, ada banyak cara penelitian dengan lubang hitam sampai hari ini. Fisikawan seperti Profesor Stephen Hawking, antara lain, telah bekerja tanpa lelah pada fisika teoretis di balik bagaimana black hole beroperasi, berusaha memecahkan paradoks yang sering muncul ketika kita mencoba memanfaatkan yang terbaik dari fisika kita untuk melawannya. Ada banyak artikel dan makalah tentang penelitian tersebut dan temuan mereka berikutnya, jadi saya tidak akan menyelami seluk-beluk mereka karena keduanya ingin menjaga kesederhanaan dalam memahami, dan juga tidak mengambil dari pikiran luar biasa yang menangani masalah ini. Banyak yang berpendapat bahwa singularitas adalah keingintahuan matematis yang tidak sepenuhnya mewakili apa yang terjadi secara fisik. Bahwa masalah di dalam cakrawala peristiwa dapat mengambil bentuk-bentuk baru dan eksotis. Perlu juga dicatat bahwa dalam Relativitas Umum, apa pun dengan massa dapat runtuh ke lubang hitam, tetapi kita umumnya berpegang pada sejumlah massa sebagai menciptakan lubang hitam dengan apa pun yang kurang dari yang ada dalam rentang massa berada di luar pemahaman kita tentang bagaimana itu bisa terjadi. Tetapi sebagai seseorang yang mempelajari fisika, saya akan lalai untuk tidak menyebutkan bahwa sampai sekarang, kita berada di lintas ide yang menarik yang berhubungan sangat erat dengan apa yang sebenarnya terjadi di dalam spektrum gravitasi ini.
Semua ini membawa saya kembali ke titik yang perlu dibuat. Fakta yang perlu diakui. Ketika saya menggambarkan kematian bintang-bintang besar ini, saya menyentuh sesuatu yang terjadi. Ketika bintang itu terlepas dari energinya sendiri dan isinya diterbangkan keluar ke alam semesta, sesuatu yang disebut nukleosintesis sedang terjadi. Inilah perpaduan elemen untuk menciptakan elemen baru. Dari hidrogen hingga uranium. Elemen-elemen baru ini diledakkan keluar dengan kecepatan luar biasa, dan dengan demikian semua elemen ini pada akhirnya akan menemukan jalan mereka ke awan molekul. Awan molekul (Nebula Gelap) adalah pembibitan bintang kosmos. Di sinilah bintang mulai. Dan dari formasi bintang, kita mendapatkan formasi planet.
Ketika sebuah bintang terbentuk, awan puing-puing yang terdiri dari awan molekul yang dilahirkan mengatakan bintang itu mulai berputar di sekitarnya. Awan ini, seperti yang kita ketahui sekarang, mengandung semua elemen yang dimasak di supernova kita. Karbon, oksigen, silikat, perak, emas; semua hadir di cloud ini. Piringan akresi ini tentang bintang baru ini adalah tempat terbentuknya planet-planet, bersatu keluar dari lingkungan yang diperkaya ini. Bola-bola batu dan es bertabrakan, bertambah, tercabik-cabik dan kemudian direformasi ketika gravitasi bekerja dengan rajinnya membentuk dunia-dunia baru ini menjadi pulau-pulau yang memungkinkan. Planet-planet ini terbentuk dari unsur-unsur yang sama yang disintesis dalam letusan dahsyat itu. Dunia baru ini mengandung cetak biru seumur hidup seperti yang kita ketahui.
Pada salah satu dunia ini, terjadi campuran hidrogen dan oksigen. Dalam campuran ini, atom karbon tertentu terbentuk untuk menciptakan rantai replikasi yang mengikuti pola sederhana. Mungkin setelah milyaran tahun, unsur-unsur yang sama yang didorong ke alam semesta oleh bintang yang sekarat itu mendapati dirinya memberi kehidupan pada sesuatu yang dapat memandang ke atas dan menghargai keagungan yang merupakan kosmos. Mungkin sesuatu yang memiliki kecerdasan untuk menyadari bahwa atom karbon di dalamnya adalah atom karbon yang sama dengan yang diciptakan dalam bintang yang sekarat, dan bahwa terjadi supernova yang memungkinkan atom karbon menemukan jalannya ke bagian kanan alam semesta di waktu yang tepat. Energi yang merupakan nafas terakhir dari bintang mati yang panjang adalah energi yang sama yang memungkinkan kehidupan untuk mengambil nafas pertama dan menatap bintang-bintang. Hantu bintang ini adalah nenek moyang kita. Mereka hilang dalam bentuk, tetapi masih dalam memori kimia kita. Mereka ada di dalam kita. Kami adalah supernova. Kami adalah debu bintang. Kami adalah keturunan dari hantu bintang ...
