BAB VI EVOLUSI BINTANG BINTANG
Bintang dilahirkan,berkembang,dan dilahirkan,berkembang,dan pada akhirnya padam,tak bersinar lagi.Proses ini disebut dengan evolusi bintang,proses ini berlangsung dalam waktu jutaan hingga milyaran tahun.Alam semesta ini dipenuhi oleh bintang dengan berbgai umur dan tahap evolusi.Pengamatan evolusi.Pengamatan pada bermacam-macam bintang memungkinkan astronom memperoleh gambaran yang utuh tentang evolusi bantang,namun hal ini tidak mudah karena harus dapat mengenali mana obyek yang muda dan mana yang tua.Untuk itu perlu dibangun teori yang harus dicek dengan pengamatandan hasil pengamatan harus dapat ditafsirkan secara teori. 6.1 Evolusi awal dan deret utama
uang diantara bintang-bintang tidak kosong ,terdapat materi berupa gas dan debu yang disebut materi antar bintang.!i dalam awan antar bintang bisa terdapat "# ### atom per cm$ sedang ruang diantara awan kerapatannya jauh lebih rendah,yaitu hanya sekitar " atom per cm$.%alaupu cm$.%alaupunn demikian suatu awan antar bintang bintang mempunyai volume volume yang sangat sangat besar sehingga meteri dapat membentuk ribuan bintang.Awan bintang.Awan antar bintang sering disebur nebula. &aya gravitasi memegang peranan sangat penting dalam proses pembentukan bintang.'leh suatu peristiwa hebat,yaitu ledakan bintang atau pelontar massa oleh bintang di suatu tempat sekelompok materi antar bintang menjadi lebih mampat daripada di sekitarnya.Bagian sekitarnya.Bagian luar awan ini akan tertarik oleh gravitasi materi di bagian dalam.Akibatnya dalam.Akibatnya awan ini mengerut dan menjadi makin mampat.peristiwa ini kita sebut sebagai kondensasi. jadi jadi bintang tidak terbentuk sendiri-sendiri tetapi berasal dari suatu kondensasi besar di suatua awan antar bintang yang kemudian kemudian terpecah terpecah dalam kondensasi kondensasi yang lebih kecil.!i dalam galaksi galaksi kita terdapat banyak bintang yang merupakan anggota gugus bintang maupun asosiasi.asosiasi merupakan kelompok yang lebih renggang dan lebih lepas.Banyak bintang kelas ' dan B yang merupakan anggota asosiasi yang disebut asosiasi 'B. Bintang muda yang panas memancarkan energi dan mengionisasikan mengionisasikan gas disekitar bintang.Akibatnya bintang.Akibatnya bintang dilingkungi dilingkungi oleh daerah yang yang mengandung mengandung hidrogen yang yang mengembang dengan cepat.&as dingin disekitarnya akan mengalami pemampatan hingga
terbentuk kondensasi dan terbentuklah bintang baru.Bintang baru ini akhirnya juga akan dilingkungi oleh daerah ion hidrogen yang mengembang cepat.Bintang lebih baru lagi akan terbentuk sebagai akibat dorongan gas yang memeuai.Begitu seterusnya pembentukan bintang berlangsung secara berantai,hal ini sesuai pengamatan Blaauw.!i beberapa daerah asosisasi 'B terlihat adanya sederetan subkelompok bintang muda.jadi proses pembentukan bintang berlangsung beranatai yang artinya pembentukan bintang di suatu tempat akan memacu pembentukan bintang di tempat lain.Pengerutan gravitasi memegang peranan penting pada awal evolusi suatu bintang begitu juga pada tahap akhir evolusi.Bila suatu bintang mengerut energi potensial gravitasinya berkurang.(nergi potensial gravitasinya adalah M
) * -+
∫ G M r (r ) dM ( r ) O
ita lihat bahwa potensial gravitasi nerharga negatif karena energi ini bersifat sebagai energi ikat yang mengikat bintang sebagai suatu kesatuan. uatu proto bintang yang telah mengakhiri proses fragmentasinya akan terus mengerut akibat gravitasinya,temperatur dan luminositas bintang masih rendah.Pada mulanya kerapatan materi proto bintang seragam tetapi kemudian materi makin rapat ke arah pusat.ateri proto bintang sebagian besar adalah hidrogen.dengan meningkatnya temperatur tumbukan antar molekul menjadi makin sering dan makin hebat.Pada temperatur sekitar "/## terjadi penguraian molekul hidrogen menjadi atom hidrogen. %aktu yang diperlukan sebuah bintang berovolusi dari awan antar bintang menjadi bintang deret utama bergantung pada massa bintang itu.akin besar massa suatu bintang makin singkat waktu yang diperlukan untuk mencapai deret utama. assa 0 M 1 "/,#
%aktu 0tahun1 2,3 4 "#5
6,#
",/ 4 "#/
/,#
/,7 4 "#/
3,3/
/,6 4 "#2
",#
/,# 4 "#8
emungkinan kita mengamati suatu bintang pada suatu tahap evolusi tergantung pada lamanya tahap evolusi tersebut.arena tahap evolusi pra deret utama bintang yang bermassa besar berlangsung secara singkat,kemungkinannya lebih besar bagi kita mengamati tahap pra deret utama bintang dengan massa yang kecil.bila massa bintang terlalau kecil suhu di pusat bintang tak pernah cukup tinggi untuk berlangsung nya reaksi pembakaran hidrogen.Batas massa untuk ini bergantung pada komposisi kimia,umumnya sekitar #," .Bintang dengan massa lebih kecil dari batas massa ini akan mengerut dan luminositasnya menurun.Bintang akhirnya mendingin menjadi bintang katai gelap tanpa mengalami reaksi inti yang berarti. Akibat berlangsungnya reaksi inti di pusat bintang,hidrogen di pusat berkurang sedang helium bertambah.9adi perlahan terjadi perubahan komposisi kimia di pusat bintang sedikit demi sedikit bintang tidak homogen lagi komposisi kimia nya.:al ini berakibat perubahan struktur bintang dengan perlahan.;ahap evolusi ini disebut tahap deret utama yang bermula dari deret utama berumur nol,karena adanya hubungan antara massa dan luminositas bintang.akin besar massa bintang maka makin besar juga luminositasnya.Pada bintang bermassa besar reaksi daur karbon mempunyai pengaruh pentingpada strukturnya.arena laju reaksi daur karbon sangat peka terhadap temperatur.pembangkitan energi naik sangat cepat ke arah pusat.Akibatnya reaksi sangat terkonsentrasi ke pusat,maka di pusat akan terjadi konveksi.Akibat adanya aliaran konveksi bagian pusat akan diisi kembali oleh hidrogen dari bagian luar yang reaksinya lebih lambat,sedang materi di pusat akan terbawa keluar.Pengadukan yang berlangsung terus menerus ini menyebabakan komposisi kimia di dalam pusat konveksi seragam.!engan begitu hidrogen akan habis secara serentak dalam seluruh pusat konveksi itu.!i bagian luar bintang yang disebut selubung tidak terjadi reaksi inti,konveksi juga tidak mencapai daerah ini,karena itu komposisi kimia selubung masih sama dengan komposisi awalnya.!i selubung seluruh energi diangkut secara pancaran. Bintang bermassa kecil membangkitkan energinya terutama dari reaksi proton-proton.!alam hal ini pembangkiatan energi tidak terlalau terkonsentrasi ke pusat.ebaliknya konveksi akan terjadi di selubung.jadi didalam selubung dekat ke permukaan terdapat daerah peralihan disitu atom hidrogen dan helium sedanag dalam proses ionisasi.!i daerah ini harga γ kecil 0< ="1 . assa pusat konveksi 0 pk 1 dan selubung konveksi 0 sk 1 bintang deret utama >o "/,#
pk > #,$7
sk > #,##
6,#
#,32
#,##
/,#
#,3"
#,##
$,#
#,"8
#,##
",#
#,##
#,#"
#,/ &ambar 2."
#,#"
#,53
Bintang menghabiskan sebagian besar 0kira-kira3>$1 massa hidupnya di deret utama. aka makin besar massa suatu bintang makin singkat bintang itu berada di deret utama. Umur bintang di deret utama >o "/,#
;( 0tahun1 ",# 4 "#8
6,#
3,3 4 "#8
/,#
2,7 4 "#8
3,3/
/,# 4 "#7
",# &ambar 2.3
7,3 4 "#6
6. Evolusi lan!ut
truktur dalam bintang pada tahap deret utama bergantung pada massa bintang.Begitu pula evolusi lanjut bintang sangat ditentukan oleh massanya. Pada gambar 2.3 angka pada setiap jejak menunjukan berbagai tahap evolusi.;ahap " hingga $ merupakan tahap deret utama.Pusat helium massanya srgara mencapai batas chonberg?handrasekhar.pada saat itu pusat helium engerut cepat dan menjadi panas.!i titik / bintang membentuk lapisan konveksi lapisan luaryang cukup tebal,pada tahap ini jejek evolusi bintang hampir vertikal ke atas mengikuti jejak.Pada bintang bermassa kecil pembakaran helium baru akan berlangsung bila rapat massa di pusat bintang sudah sedemikian besarnya hingga materi di situ dalam keadaan terdegenerasi sempurna.@ain halnya pada bintang bermassa besar.Bintang seperti itu tidak perlu menunggu kerapatan materi di pusat terlampau besar untuk melangsungkan pembakaran helium di pusatnya karena temperatur di situ sudah cukup tinggi sebelum keadaan terdegenerasi tercapai.Pada materi yang tidak terdegenerasi tekanan memegang peranan besar dalam membuat bintang mantab.arena materi bintang tidak sepenuhnya dapat ditembus oleh aliran energi,maka pada mulanya energi tak dapat mengalir keluar dengan laju yang sama seperti laju
pembangkitannya.Akibatnya temperatur di situ akan naik karena materi bersifat sebagai gas ideal maka naiknya temperatur berakibat naiknya tekanan.Bertambahnya tekanan menyebabkan gas disitu memuai menyebabkan turunnya temperatur dan laju pembangkitan energi.9adi reaksi akan berlangsung dengan mantab karena peningkatan temperatur diimbangi oleh meningkatnya tekanan,hal seperti ini terjadi pada pembakaran helium di pusat yang tak terdegenerasi bintang bermassa besar.@ain halnya pada bintag bermassa kecil pada bintang ini reaksi pembakaran helium terjadi di pusat yang terdegenerasi sempurna.(volusi tahap akhir suatu bintang masih penuh ketidak pastiaan tetapi beberapa perhitungan menunjukan bahwa unsur kimia yang lebih berat dari karbon dapat terbentuk di pusat bintang akibat reaksi inti yang berlangsung disitu. !i beberapa tempat tampak adanya bintang yang menggerombol kelompok bintang ini disebut dengan gugus bintang,jumlah bintang dalam suatu gugus bisa beberapa ribu tetapi bisa hanya beberapa puluh saja.Ada dua macam gugus bintang yaitu gugus galaktik dan gugus bola.Pengamatan gugus bintang merupakan salah satu program
di 'bservatorium
Bosscha.Bintang dalam galaksi kita tidak dilahirkan dalam waktu bersamaan maka ada beberapa generasi bintang.Bintang generasi itu mempunyai ciri yang berbeda dengan bintang generasi muda Pada tahun "655 %. Baade mengajukan adanya 3 macam populasi bintang yaitu Populasi
kelompok bintang muda
Populasi
kelompok bintang tua
Populasi terdiri dari bintang maha raksasa biru dan bintang yang terbentuk belum lama berselang sedang populasi terdiri dari bintang raksasa merah dan bintang tua lainnya.Bintang di gugus galaktik umumnya tergolong populasi sedang bintang gugus bola tergolong populasi .Bintang yang letaknya dekat dapat diamati geraknya.Betdasarkan geraknya bintang di kelompokan dalam dua golongan yaitu bintang bergerak cepat dan bintang bergerak lambat. Pada tahun "6"3 :enrietta @eavitt dari 'bservatorium :arvard melakukan pengamatan terhadap bintang di awan magellan kecil,yaitu suatu galaksi kecil di luar galaksi kita.;ernyata ditemukan banyak variabel cepheid.arena jarak perbintangan jauh kita dapat menganggap jarak semua bintang di situ sama dari kita.Cariabel cepheid adalah bintang yang berada pada tahap raksasa atau maha raksasa merah.arena temperatur di bagian luar bintang
rendah,sebagian besar hidrogen dan helium berada dalam keadaan netral.Bila bintang mengerut maka temperatur di suatu daerah dekat permukaan akan naik sehingga terjadi ionisasi pada atom hidrogen dan helium.Proses ionisasi menyerap energi,oleh karena itu temperatur di daerah tersebut tidak akan naik sebesar yang di harapkan andaikan tak terjadi ionisasi.Peristiwa ini menyebabkan terhambatnya aloran pancaran dan bertambahnya kekedapan.;ekanan akan naik cepat akibat hambatan aliran energi itu hingga lapisan luar bintang akan melambung kembali.Bintang kembali mengembang dan peristiwa kebalikannya terjadi yaitu rekombinasi ion di daerah ionisasi tadi,jadi mekanisme pendorong denyutan cepheid adalah peristiwa rekombinasi dan ionisasi atom hidrogen dan helium di bagian luar bintang.Ada beberapa bintang yang mendadak cahayanya menjadi sangat terang,bintang ini di sebut nova yang artinya bintang baru,sebenarnya bintang ini sudah ada hanya sebelumnya tidak menarik perhatian bahkan ada yang tidak terlihat.alah satu teori mengemukakan nova adalah bintang katai putih yang terdapat dalam bintang ganda berdekatan.Pasanagannya adalah bintang raksasa meraah yang jejarinya telah mengembang sedemikian besar hingga terjadi aliran materi dari bintang itu ke bintang katai putih pasangannya. Ada peristiwa yang lebih dahsyat dari nova yaitu supernova yang juga merupakan peristiwa ledakan bintang.Bintang yang meledak itu bisa milyaran kali lebih terang.;eori bahwa bintang neutron terbentuk oleh ledakan supernova sudah diajukan pada tahun "6$5 yaitu oleh Baade dan Dwicky bahwa teori tentang struktur bintang neutron sudah dilakukan oleh 'penheimer dan Colkoff pada tahun "6$6 oleh kelompok astronom radio di ?ambridge,nggris.Pada mulanya pulsar adalah bintang yang berdenyut namun bintang biasa tidak mungkin berdenyut secepat ini.emungkinannya adalah bintang katai putih atau bintang neutron,teyapi periode pulsar kepiting dan pulsar vela terlalu cepat untuk denyutan kati putih dan terlalu lambat untuk bintang neutron. Pulsar memancarkan energi dalam bentuk pancaran dwikutub magnet dan pancaran partikel relativistik.dalam hal ini energi yang di pancarkan per detik adalah 2
dE dt
− =
B R
6c
3
6 4
2
ω sin θ
B*medan magnet di kutub magnet,*jari-jari,E*kecepatan sudut rotasi,c*kecepatan cahay dalam ruang hampa,danϴ*sudut antara sumbu rotasi dan sumbu magnet.
Fewton menggambarkan gravitasi sebagai gaya tarik menarik antara dua benda.;eori gravitasi newton dapat menerangkan banyak hal dengan cukup tepat.;etapi ada beberapa hal yang tidak dapat di jelaskan dengan teori newton.;ernyata sumbu ellips orbit planet merkurius tidak tepat arahnya melainkan berputar dengan lju 5$G per abad.&erak ini disebut gerak garis apsida planet erkurius.;eori gravitasi Fewton tidak dapat menerangkan
peristiwa ini.asalah ini baru terjawab setelah (instein mengajukan teori gravitasinya.(instein berpandangan bahwa gravitasi tak lain adalah kelengkungan ruang waktudi sekitar suatu benda.Planet bergerak mengorbit matahari karena planet itu mengikuti kelengkungan ruang waktu di sekitar matahari. 6." Evolusi #intan$ $anda
(volusi bintang ganda berdekatan berbeda dengan evolusi bintang tunggal karena antara kedua bintang terjadi antaraksi.Permukaan ekipotensial adalah tempat kedudukan titik yang potensial gravitasinya sama.Bentuk bintang selalu mengikuti permukaan ekipotensialnya bila jejari bintang lebih kecil daripada jarak antara kedua komponen bintang ganda, bentuk bintang hampir berupa bola sempurna.akin besar jejari bintang,penyimpangan dari bentuk bola juga makin besar.Bintang yang bermassa lebih besar berevolusi lebih cepat darioada pasangannya,dalam sistem bintang ganda bintang yang pada awalnya bermassa besar kita sebut bintang primer sedang yang bernassa kecil bintang sekunder.Astronomi sinar 4 berawal pada tahun "623 dengan di luncurkannya roket yang membawa alat pengamat sinar 4 ke ketinggian "/# km.Pada waktu iti FAA meluncurkan satelit pertama ,satelit tersebut diluncurkan dari kenya bernama uhuru. alah satu penemuan Uhuru yang penting adalah ditunjukannya adanya sumber sinar 4 yang pancarannya berkedip-kedip,sama seperti pancaran radio dari pulsa.:asil penting uhuru adalah di tunjukannya pertama kali adanya bintang ganda sinar 4 yang salah satunya adalah centurus H-$.umber 4 lain yang menarik perhatian adalah ?ygnus H-" yang merupakan salah satu pemancar sinar 4 tetrterang di langit.!engan teknik astronomi radio orang dapat menentukan letak sumber pancaran itu dengan lebih cermat.Pancaran radio itu ternyata berasal darisebuah bintang maharaksasa kelas ' yaitu :! 332727.Ada perbedaan sifat antara pulsar sinar 4 dan pulsar radio.Periode pulsar radio semuanya melambat karena pemancaran energi pulsar radio bersumber pada energi kinetik rotasinya.@ain halnya pada pulsar sinar 4 yang memancarkan energinya karena menyedot massa dari bintang pasangannya.arena massa yang di sedot ini memberikan momentum sudutnya maka pulsar sinar 4 cenderung di
percepat rotasinya.Ada perbedaan lain yang menyolok sebagian besar pulsar sinar 4 adalah anggota bintang ganda. ;eori relativitas einstein mengatakan bila suatu benda mengorbit benda lain,terjadilah pancaran gelombang gravitasi dari sistem itu.Akibatnya bintang ganda itu akan kehilangan energi dan kedua bintang itu mendekat hingga kala edarnya pun makin cepat.Pada bintang ganda biasa efek ini sukar di amati karena amat kecil pengaruhnya.@ain halnya dengan pulsar ganda kala edar kedua benda itu dapat di tentukan dengan sangat cermat karena pulsar memancarkan sinyal radionya bagaikan jam atom yang sangat tepat.ekarang telah ditemukan $ pulsar ganda yaitu P"6"$I"2 ,P#2//I25,dan P #73#I#3.Pada dasawarsa yang lalu suatu penemuan telah mengatakan para astronom.Beberapa ahli teori berhasil menerangkan peristiwa itu. 5$$ adalah sebuah bintang kompak yang memancarkan materi pada dua arah yang berlawanan membentuk dua buah jet. &erak mondar-mandir kedua garis spektrum ini berlangsung dengan irama yang teratur.edua garis itu berjumpa dua kali setiap "25 hari,Peristiwa ini dapat dijelaskan kalau kedua jet itu tidak tetap arahnya terhadap kita melainkan berpresesi dengan periode "25 hari. Para astronom telah memberikan tafsiran yang meyakinkan tentang peristiwa yang terjadi di 5$$.;etapi orang belum mengetahui dengan pasti mekanisme apa yang menyebabkan pancaran materi dalam bentuk dua jet yang berlawanan arah itu.emajuan di bidang pengamatan astronomi telah mengungkapkan berbagai keanehan yang sering tak terbayangkan sebelumnya.Bila mulanya astronom hanya mengamati benda antariksa melalui jendela optik atmosfer bumi sekarang penglihatan mereka di perluas ke jendela radio,infra merah,ultra ungu,sinar 4 dan sinar gamma.
BAB % !alam rumus ini A0(1 adalah nomor massa dan D0(1 nomor atom partikel gas ( 0perhatikan dalam A gram gas ( terdapat F o gas inti 1 elanjutnya kita gunakan D dan A untuk masingmasing unsur. &as hidrogen D*", A*" dan n*3 &as helium
D*3, A*5 dan n*5
&as berat
DJ A>3 maka nJ K
@aju pembangkitan energi di dalam bintang dinyatakan oleh parameter L yaitu jumlah energi yang di bangkitkan oleh satu gram materi bintang per detik harga L ditentukan oleh mekanisme pembangkitan energi dan bergantung pada komposisi kimia ,tekanan,temperatur bintang.eaksi inti yang mengubah hidrogen menjadi helium dan matahari berlangsung melalui suatu rangkaian reaksi yang disebut reaksi proton-proton.eaksi pembakaran hidrogen baik yang melalui rangkaian reaksi proton-proton maupun daur karbon merupakan reaksi utama di dalam bintang.!i dalam bintang yang tahap evolusinya lanjut terjadi pembakaran inti yang lebih berat seperti karbon,oksigen,neon dsb. :arga L dapat ditentukan melalui persamaan L * M
energi reaksi cm 3 x x reaksi cm 3 detik gram
:antaran energi adalah energi yang di bangkitkan di dalam bintang harus di angkut keluar.Ada tiga macam hantaran energi yaitu konduksi,konveksi, dan pancaran. Pemecahan persamaan struktur bintang dilakukan dengan memberikan massa bintang dan komposisi kimianya terlebih dahulu.omposisi kimia ditentukan oleh parameter H
jumlah gram hidrogen per gram materi
N
jumlah gram helium per gram materi
D
jumlah gram unsur lainnya per gram materi
uatu hal yang perlu di catat yaitu dalam memecahkan persamaan struktur bintang P * pgas I p pancaran Pancaran energi merupakan pancaran butir energi atau kuanta.;ekanan gas merupakan gabungan tekanan ion dan tekanan elektron.arena pada suatu p dan t tertentu ion umumnya mempunyai momentum yang jauh lebih besar dari pada elektron maka ion menempati ruang fasa yang jauh lebih besar.!engan demikian jumlah sel yang terkandung di dalamnya juga jauh lebih lebih besar dari elektron. ;elah kita bicarakan bahwa bintang katai putih mempunyai temperatur tinggi namun liminositasnya rendah sirius yang letaknya di rasi ?anis ajor adalh bintang terterang di
langit,katai putih berada dalam keadaan mantap karena tekanan elektron terdegenerasi dapat mengimbangi tekanan akibat gaya gravitasi.
