Misteri kosmik: Para astronom menangkap bintang sekarat yang meniup cincin asap

Para astronom menangkap bintang raksasa merah yang mengalami pergolakan kematian terakhirnya secara rinci, mengungkapkan fitur yang tidak biasa. Bintang yang dikenal sebagai V Hydrae (atau disingkat V Hya), mengeluarkan enam cincin material yang berbeda, menurut pracetak diterima untuk dipublikasikan di Astrophysical Journal. Mekanisme spesifik dari “cincin asap” misterius yang terbentuk ini belum dipahami. Namun, pengamatan tersebut berpotensi mengguncang model saat ini untuk tahap akhir evolusi bintang ini dan menjelaskan lebih lanjut tentang nasib matahari kita sendiri.

“V Hydrae telah terperangkap dalam proses pelepasan atmosfernya—pada akhirnya sebagian besar massanya—yang merupakan sesuatu yang dilakukan oleh sebagian besar raksasa merah tahap akhir,” kata rekan penulis Mark Morris, seorang astronom di UCLA. Namun, “Ini adalah pertama dan satu-satunya saat serangkaian cincin yang mengembang terlihat di sekitar bintang yang sedang sekarat—serangkaian ‘cincin asap’ yang mengembang yang telah kami hitung meledak setiap beberapa ratus tahun.”

raksasa merah adalah salah satu tahap akhir dari evolusi bintang. Begitu inti bintang berhenti mengubah hidrogen menjadi helium melalui fusi nuklir, gravitasi mulai menekan bintang, menaikkan suhu internalnya. Proses ini menyalakan kulit hidrogen yang terbakar di sekitar inti yang lembam. Akhirnya, kompresi dan pemanasan di inti menyebabkan bintang mengembang secara signifikan, mencapai diameter antara 62 juta dan 620 juta mil (100 juta hingga 1 miliar kilometer). Suhu permukaan relatif dingin menurut standar bintang: hanya 4.000 hingga 5.800 derajat F (2.200 hingga 3.200 derajat C). Jadi bintang-bintang ini mengambil penampilan oranye-merah, maka moniker raksasa merah.

Akhirnya, helium di inti raksasa merah akan habis, dan inti akan menyusut lagi. Bintang itu kemudian menjadi cabang raksasa asimtotik (AGB) bintang (panggung raksasa merah terakhir). Struktur interior bintang AGB terdiri dari inti pusat karbon dan oksigen, cangkang tempat fusi mengubah helium menjadi karbon, dan cangkang lain tempat hidrogen berubah menjadi helium. Bintang-bintang ini biasanya menghasilkan pulsa dramatis peningkatan kecerahan setiap 100 hingga 1.000 hari. Selain itu, angin permukaan yang intens menyebabkan awan gas yang dikenal sebagai amplop circumstellar terbentuk di sekitar bintang.

Angin bintang yang intens itu pada akhirnya akan mengeluarkan atmosfer dan selubung bintang, dan bintang tersebut akan menjadi bintang katai putih di dalam nebula planet. Semakin cepat tingkat di mana bintang AGB kehilangan massanya, semakin dekat dengan transisi terakhir itu. Matahari kita akhirnya akan menjadi raksasa merah dalam waktu sekitar 5 miliar tahun, akhirnya berkembang menjadi AGB sebelum akhirnya berkembang menjadi nebula planet dengan bintang katai putih di pusatnya.

Itulah proses yang telah dipahami para astronom selama bertahun-tahun. Namun, karakteristik V Hya yang tidak biasa membuat mereka memikirkan kembali masalah. Terletak 1.300 tahun cahaya di konstelasi Hydra, V Hya adalah bintang kaya karbon, yang berarti atmosfernya mengandung lebih banyak karbon daripada oksigen. Ini memiliki tingkat kehilangan massa yang tinggi, sehingga para astronom menduga bahwa itu mungkin dalam proses pelepasan atmosfernya untuk menjadi nebula planet.

Bintang AGB ini juga menarik karena setiap delapan tahun atau lebih, ada letusan plasma besar, dan penurunan tajam dalam kecerahan terjadi kira-kira setiap 17 tahun. Peristiwa ini menunjukkan adanya bintang pendamping yang hampir tidak terlihat. (Penurunan kecerahan bisa disebabkan oleh awan yang terkait dengan bintang kedua yang lewat di depan V Hya.)

Studi terbaru ini menggabungkan data dari Teleskop Luar Angkasa Hubble dengan pengamatan menggunakan Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), menggabungkan data inframerah, optik, dan ultraviolet untuk menangkap pergolakan kematian V Hya di berbagai panjang gelombang. Bintang itu jauh dan dikelilingi oleh debu tebal, tetapi kemampuan resolusi yang lebih tinggi dari ALMA mengungkapkan cincin dan arus keluarnya dengan sangat rinci.

Waktunya juga kebetulan. “V Hya berada dalam fase transisi singkat namun kritis yang dialami oleh bintang-bintang sekarat di akhir hidupnya,” kata rekan penulis Raghvendra Sahai, seorang astronom di Jet Propulsion Laboratory NASA. “Ini adalah fase ketika mereka kehilangan sebagian besar massa mereka. Kemungkinan fase ini tidak berlangsung lama, sehingga sulit untuk menangkap mereka saat beraksi. Kami beruntung dengan V Hya, dan dapat membayangkan semua aktivitas berbeda yang terjadi di dalam dan di sekitar bintang ini untuk lebih memahami bagaimana bintang yang sekarat kehilangan massa di akhir hidupnya.”

Sahai dan rekan penulisnya menemukan bahwa bintang tersebut melepaskan atmosfernya dengan meniupkan serangkaian cincin asap, yang telah meluas ke luar selama 2.100 tahun terakhir atau lebih untuk membentuk wilayah seperti cakram berdebu di sekitar V Hya. Tim disulihsuarakan struktur itu DUDE (disk yang mengalami ekspansi dinamis).

Pengamatan mereka juga mengungkapkan ledakan gas berkecepatan tinggi yang dikeluarkan dari bintang dalam arah yang berlawanan, tegak lurus dengan cincin asap, membentuk dua struktur berbentuk jam pasir. Struktur ini berkembang pesat dengan kecepatan lebih dari setengah juta mil per jam (240 km/s). “Penemuan bahwa proses ini dapat melibatkan pelepasan cincin gas, bersamaan dengan produksi pancaran materi berkecepatan tinggi, membawa kerutan baru dan menarik bagi pemahaman kita tentang bagaimana bintang mengakhiri hidup mereka,” Morris berkata.

Semua ini menunjukkan bahwa bintang sedang mengalami evolusi yang sangat cepat, yang bertentangan dengan model saat ini. “Studi kami yang relatif salah mengungkapkan bahwa model tradisional tentang bagaimana bintang AGB mati—melalui ejeksi massal bahan bakar melalui angin bulat yang lambat dan stabil selama 100.000 tahun atau lebih—paling banter, atau paling buruk, tidak lengkap,” kata Sahai. “Sangat mungkin bahwa bintang dekat atau pendamping substellar memainkan peran penting dalam kematian mereka. Dalam kasus V Hya, kombinasi dari bintang pendamping jauh terdekat dan hipotetis bertanggung jawab, setidaknya sampai taraf tertentu, karena kehadiran enam cincinnya, dan arus keluar berkecepatan tinggi yang menyebabkan kematian ajaib bintang tersebut.”