Asteroseismologi Bintang Aktif Magnetik: Mendengar Detak Jantung Bintang Raksasa
Seorang profesional bidang Hukum Internasional dan Tata Kelola Global. Banyak menyelesaikan kursus online spesialis di Harvard Law School (Program tentang Hukum Internasional), University of Oxford, Stanford University, serta Leiden University.
·waktu baca 5 menit
Tulisan dari Aditiya Widodo Putra tidak mewakili pandangan dari redaksi kumparan
PerbesarCoba bayangkan kamu sedang menempelkan telinga ke perut seseorang. Kamu akan mendengar suara gemuruh usus, detak jantung, bahkan aliran darah.
Nah, para astronom melakukan hal yang mirip dengan bintang. Bedanya mereka menggunakan teleskop yang sangat peka, salah satunya Teleskop Luar Angkasa Kepler milik NASA yang diluncurkan tahun 2009. Yang mereka dengar bukan suara, melainkan getaran. Setiap bintang di langit, termasuk bintang-bintang masif yang puluhan kali lebih berat dari Matahari, sebenarnya bergetar sepanjang waktu.
Getaran ini terjadi karena di dalam perutnya yang sangat panas dan padat, ada gelombang yang merambat bolak-balik. Gelombang ini mirip gelombang suara di udara, tapi medianya adalah plasma bintang. Ilmu yang mempelajari getaran bintang ini disebut Asteroseismologi, dan ini adalah satu-satunya cara untuk melihat ke dalam bintang tanpa harus memotongnya.
Yang menarik, bintang yang aktif secara magnetik—yang punya bintik, flare, dan angin kencang—justru menyimpan rahasia paling berharga di balik getarannya yang rumit. Apa itu? Langsung saja kita masuk ke pembahasan nya.
Apa Itu Asteroseismologi dan Mengapa Bintang Masif Bergetar?
Secara sederhana, Asteroseismologi adalah ilmu membaca gelombang di dalam bintang. Setiap kali ada gejolak di bagian dalam bintang, seperti semburan gas panas yang naik turun akibat konveksi, muncullah getaran. Getaran ini merambat ke seluruh penjuru bintang, memantul ke permukaan, lalu kembali ke dalam, berulang-ulang.
Frekuensi getaran ini sangat bergantung pada kepadatan, suhu, komposisi kimia, dan kecepatan rotasi di setiap lapisan bintang. Bintang masif, yaitu bintang dengan massa di atas 5 kali massa Matahari, punya struktur yang khas yaitu inti yang sangat panas dan padat tempat fusi nuklir terjadi, diselimuti lapisan radiatif yang tenang, lalu lapisan konvektif di dekat permukaan.
Di bintang seperti ini, dua jenis gelombang dominan yaitu gelombang tekanan yang merambat cepat di lapisan luar, dan gelombang gravitasi yang merambat lambat di bagian dalam dekat inti. Dengan mengukur frekuensi kedua jenis gelombang ini, para ilmuwan bisa membuat peta tiga dimensi interior bintang.
Pengukuran frekuensi gelombang tekanan memberi tahu para ilmuwan tentang kepadatan dan suhu di lapisan luar bintang, sementara frekuensi gelombang gravitasi membawa informasi langsung dari inti tempat fusi nuklir berlangsung. Perbedaan waktu tempuh antara kedua gelombang ini, yang bisa mencapai hitungan jam hingga hari, menunjukkan bagaimana materi tersusun dari pusat hingga permukaan. Dari sinilah kita mulai memahami bahwa getaran bintang selain sebagai fenomena menarik, juga menjadi jendela menuju jantung bintang yang paling tersembunyi.
Mengapa Bintang Aktif Magnetik Membuat Segalanya Lebih Sulit dan Lebih Menarik?
Sekarang mari kita bicarakan tantangan sebenarnya. Bintang yang aktif secara magnetik—biasanya bintang masif muda atau bintang dengan medan magnet sangat kuat—memiliki permukaan yang penuh dengan bintik gelap dan daerah terang akibat lilitan medan magnet. Aktivitas ini menghasilkan perubahan kecerahan yang besar dan tidak teratur.
Masalahnya, perubahan kecerahan akibat bintik bintang bisa mencapai 1 hingga 10 persen dari cahaya total bintang, sementara getaran asteroseismologi hanya mengubah kecerahan sekitar 0,001 persen atau bahkan lebih kecil. Artinya, sinyal yang ingin kita dengar seribu kali lebih lemah daripada suara bising yang dihasilkan oleh aktivitas magnetik itu sendiri.
Bayangkan kamu sedang mencoba mendengar detak jarum jam di tengah konser rock. Itulah tingkat kesulitan yang dihadapi para peneliti. Namun justru di sinilah letak keuntungannya. Medan magnet yang kuat juga mempengaruhi frekuensi getaran bintang, misalnya dengan memecah suatu frekuensi menjadi beberapa komponen yang berbeda (efek Zeeman dalam getaran).
Dengan memisahkan efek magnetik dari efek rotasi dan struktur internal, para ilmuwan justru bisa mengukur kekuatan medan magnet di dalam bintang, bukan hanya di permukaan. Jadi, meskipun aktivitas magnetik seperti sampah di data pengamatan, sampah itu sendiri mengandung emas. Dari sini kita bisa melangkah ke pertanyaan yang lebih besar, bagaimana rotasi bintang berubah dari inti hingga permukaan?
Memetakan Rotasi Diferensial: Bukti Bahwa Inti dan Permukaan Bintang Tidak Selaras
Rotasi diferensial adalah kondisi di mana bagian dalam bintang berotasi dengan kecepatan berbeda dibandingkan bagian luarnya. Pada bintang masif, fenomena ini sangat penting karena menentukan bagaimana unsur-unsur berat hasil fusi nuklir tercampur ke seluruh bintang, dan pada akhirnya bagaimana bintang tersebut mati sebagai supernova. Bagaimana asteroseismologi mengukur ini?
Caranya cukup elegan. Gelombang gravitasi yang terperangkap di dekat inti sangat peka terhadap kecepatan rotasi inti. Sedangkan gelombang tekanan di lapisan luar peka terhadap rotasi permukaan. Jika kedua jenis gelombang ini menunjukkan frekuensi yang terbelah dengan pola berbeda, maka artinya inti dan permukaan berputar tidak bersamaan. Pengamatan dari misi Kepler dan TESS terhadap bintang masif seperti KIC 8366239 dan HD 174966 menunjukkan bahwa inti bintang masif muda sering berotasi dua hingga tiga kali lebih cepat daripada permukaannya. Ini karena inti mengerut saat fusi dimulai, dan seperti peseluncur es yang menarik tangannya, kecepatan rotasinya meningkat. Sementara itu, lapisan luar yang mengembang justru melambat karena kehilangan momentum ke angin bintang. Tapi bagaimana dengan pengaruh medan magnet terhadap rotasi ini? Apakah magnet bisa memaksa inti dan permukaan berputar sama cepat?
Kesimpulan: Getaran Bintang Sebagai Peta Terpercaya Interior Bintang Masif
Jawabannya adalah ya, medan magnet bisa menyamaratakan rotasi. Pengamatan terbaru dari bintang masif bermedan magnet kuat seperti HD 43317 dan tau Scorpii menunjukkan bahwa rotasi internalnya mendekati solid-body, artinya inti dan permukaan berputar dengan kecepatan hampir sama. Ini kontras dengan bintang masif non-magnetik yang rotasinya diferensial tajam. Medan magnet yang menjulur dari inti ke permukaan bertindak seperti kabel baja yang memaksa seluruh lapisan bintang berputar bersama. Jadi, ketika kamu melihat bintang terang di malam hari, ingatlah bahwa di dalam tubuhnya yang panas dan masif, ada gelombang yang merambat bolak-balik. Dan di Bumi, nelayan cerlang cahaya itu berubah menjadi peta paling rinci tentang struktur dan rotasi bintang. Inilah Asteroseismologi, secara filosofis didefinisikan sebagai ilmu mendengar denyut nadi jagat raya, satu getaran bintang dalam satu waktu. Semoga Bermanfaat dan Terima Kasih