Evolusi bintang

Seperti halnya binatang bintangpun mengalami evolusi. Evolusi bintang adalah proses lahir, berkembang dan matinya sebuah bintang. Evolusi sebuah bintang memerlukan waktu jutaan bahkan miliaran tahun.

Asal bintang

Pembentukan bintang berawal dari awan gas hidrogen dan debu angkasa,disebut Nebula. Gaya tarik gravitasi antar molekul menyebabkan terbentuknya gumpalan-gumpalan. Bergabunya gumpalan-gumpalan menyebabkan tarikan gravitasi menekan molekul-molekul semakin berdekatan. Ketika gumpalan-gumpalan gas mengerut (memadat), molekul-molekul gas menjadilebih sering bertumbukan satu sama lain dengan laju yang makin tinggi. Ini menyebabkan suhu gumpalan-gumpaln gas terus meningkat . suatu saat suhu gas cukup tinggi hingga ketika atom-atom hidrogen bertumbukan , atom-atom tersebut tidak terpental tapi malah bergabung membentuk helium. Terjadilah reaksi fusi rantai proton-proton. Energy fusi inilah yang membuat bintang bersinar. Energy ini juga menaikan tekanan radiasi gas sehingga mampu mengimbangi gaya tarik gravitasi dan menghentikan proses pengkerutan. Bintang yang terbentuk kemudian dapat diklasifikasikan dalam diagram hertzsprung-russsell

Proses pengubahan hidrogen menjadi helium disebut pembakaran hidrogen. Perhatikan pembakaran yang disebut disini merupakan pembakaran nuklir  fusi bukan pembakaran kimia biasa. Jika semua bintang pada deret utama diagram H-R menghasilkan energy dengan menghabiskan semua hidrogen sebanding dengan masanya maka proses lama  penghabisan hidrogen akan berlangsung dengan jangka waktu yang sama untuk semua bintang. Kenyataanya, ini tidak terjadi. Hokum massa-kecerahan cahaya menyatakan bahwa kecerahan sebuah bintang tidak sebanding dengan massanya melainkan dengan hamper pangkat tiga dari massanya. Jadi, sebuah bintang pada deret utama dengan massa 100 kali matahari mengeluarkan energy dengan menggunakan hidrogen kira-kira kali atau 1000 000 kali lebih cepat dari matahari. Jadi jika pembakaran hidrogen pada matahari berakhir kira-kira 10 miliar tahun (10 000 000 000 tahun) maka pada bintang yang massanya 10 kali matahari hanya berlangsung selama 10 ribu tahun.

 Bintang katai kuning

                Bintang katai kuning adalah bintang yang memiliki massa kecil , M < 1,4. Ketika hidrogennya telah habis menjadi helium (kira-kira 10 miliar tahun ), radiasi padam , bintang mendingin dan mengkerut . tetapi bintang masih bias mengeluarkan energy gravitasi dengan cara kontraksi (memuai). Dengan kontraksi , suhu dari dalam muncul lagi dan bintang dapat mulai menggunakan atom-atom heliumnya (disebut pembakaran helium). Akibatnya, bintang memuai menjadi raksasa merah (red giant). Karena gaya gravitasinya sendiri bintang akan mengkerut secara bertahap. Tekanan electron yang cukup besar akan menghentikan pengkerutan dan terbentuklah bintang katai putih(white dwarf). Bintang katai putih mendingin menjadi bintang katai merah (red dwarf), dan akhirnya setelah waktu yang sangat lama mendingin menjadi bintang katai hitam (black dwarf).

Bintang biru

                Bintang biru adalah bintang yang memilki massa M>1,4. Seperti pada hukum massa-kecerahan bintang , usia pembakaran hidrogen adalah lebih singkat (kira-kira 10 juta tahun). Ketika hidrogen telah habis, bintang memuai  (kontraksi ) menjadi bintang maha raksasa biru  dan kemudian mendingin menjadi bintang maha raksasa merah. Massa bintang yang besar menghasilkan gaya gravitasi yang besar , sehingga menyebabkan bintang runtuh dan menindih intinya . Terjadilah ledakan dasyat  yang membentuk suatu supernova . selama ledakan, ada suatu peningkatan kecarahan cahaya yang sangat besar (miliaran kali bintang biasa ), dan gas serta debu dari lapisan luarnya akan terhambur ke angkasa luar. Crab nebula adalah sisa dari supernova yang dilihat dibumi oleh astronom china pada tahun 1054. Dengan menggunakan teleskop, crab nebula tampak seperti sinar kabur dalam rasi Taurus.

Selanjutnya supernova akan membentuk bintang neutron atau lubang hitam. Untuk masa bintang 1,4<M<3,0 gaya gravitasi dapat mengatasi tekanan electron , dan mendorong  electron-elektron bergabung dengan proton-proton dalam inti atom membentuk neutron-neutron. Tekanan neutronmengimbangi gaya gravitasidan menghentikan pengkerutan. Terbentuklah bintang neutron.

Untuk massa asal bintang M>3,0, tidak ada yang bias menahan pengkerutan gravitasi. Bintang mengalami keruntuhan sempurna dan gaya tarik gravitasi menghentikan segala sesuatu untuk keluar dari permukaanya, termasuk cahaya, bintang menghilang dari pandangan dan terbentuklah lubang hitam

Bintang neutron

Telah anda ketahui bahwa untuk massa asal bintang antara 1,5 sampai 3,0 kali massa matahari , sisa ledakan supernova menjadi sebuah bintang neutron. Bintang ini tersusun dari kira-kira 99 persen neutron. Mengapa bintang ini hanya tersusun dari partikel neutron saja? Pada saat pengkerutan, gaya tarik gravitasi yang cukup besar mendorong electron-elektron (bermuatan -e) kedalam inti atom, bersatu dengan proton-proton (bermuatan +e) membentuk neutron-neutron (tidak bermuatan)

Bagaimana caranya mengidentifikasi bintang neutron? Karena momentum sudut harus kekalmaka ketika ukuran bintang mengecil menjadi seukuran bintang neutron, bintang neutron haruslah berputar cepat. Perputaran cepat bintang neutron akan memancarkan radiasi radio sepanjang poros dan medan magnetnya. Karena poros magnetnya tidak persis segaris dengan poros putaran pancaran radio itu menyapu langit mirip kerucut . ketika dalam perputaranya,kerucut pancaran radio menyapu melewati pengamat dibumi, pancaran radio itu seperti berdennyut hidup dan mati. Oleh karena itu bintang ini disebut pulsar. Jadi, deteksi pulsar akan membuktikan adanya bintang neutron. Dengan menggunakan teleskop radio, Jocelyn Bell, mahasiswi Universitas Cambridge, pada tahun 1967 menemukan sebuah sumber radio yang teratur , satu pulsa setiap 1,3373 detik. Sumber ini disebut pulsar dan dinamai CP1919. Sejak itu telah ditmukan lebih dari 450 pulsar.

Lubang hitam

Pada saat terjadi ledakan nuklir (supernova), pusat bintang mengalami keruntuhan gravitasi (gravitational collapse). Keruntuhan gravitasi adalah keruntuhan suatu benda yang sangat besar akibat gaya gravitasinya sendiri. Perlu diketahui bahwa besar gaya tarik gravitasi berbanding terbalik dengan kuadran jarak (F ∞1/). Ketika ukuran bintang menyusut (r mengecil ), gaya tarik gravitasi, F makin besar. Bila massa bintang yang runtuh itu kurang dari 3 kali massa matahari maka tekanan balik neutron berhasil mengimbangi gaya tarik gravitasi dan menghentikan keruntuhan gravitasi untuk membentuk bintang neutron. Tetapi bila massa bintang yang runtuh itu lebih dari3 kali massa matahari, maka tekanan balik neutron tidak akan mampu menghentikan keruntuhan gravitasi bintang. Bintang menjadi semakin mampat sampai menjadisuatu titik massa yang kerapatanya tidak terhingga, disebut singularita.

Singularitas dikitari oleh permukaan kasat mata yang disebut horizon peristiwa. Ruang antara singularitas dan horizon peristiwa inilah yang disebut lubang hitam. Jarak antara singularitas dan horizon peristiwa disebut jari-jari Schwarzschild,R.

Medan gravitasi lubang hitam sangat kuat sehingga tak satupun yang dapat melepaskan diri darinya. Cahaya dan materi dapat masuk tetapi tak satupun yang dapat keluar. Itu sebabnya kita tidak dapat melihat lubang hitam(black hole).

Jari-jari Schwarzschild

Bagaimana caranya menentukan jari-jari Schwarzschild pada lubang hitam? Sebuah hukum menjelaskan bahwa ada suatu kecepatan minimaltertentu  di mana roket yang diluncurkan dapat melepaskan diri dari medan gravitasi bumi. Kecepatan minimum ini disebut kelajuan lepas, ,yang dirumuskan oleh

= dengan R adalah jari jari bumi

Karena kelajuan terbesar yang tidak dapat keluar dari horizon peristiwa adalah kelajuan rambat cahaya, c, maka berlaku

c =  ↔ =

R =

Dengan R = jari-jari Schwarzschild (m); G =tetapan gravitasi umum (6,67 x  );

M = massa lubang hitam (kg) dan c =cepat rambat cahaya (3 x ).

Lubang hitam lebih menyerupai bentuk piringan  dari pada bentuk bola. Kebanyakan bintang mengalami rotasi, demikian juga dengan lubang hitam. Karena momentum sudut harus kekal, maka kecepatan rotasi akan meningkat. Ini menyebabkan bintang menjadi lebih kecil dan rotasi lubang hitam sangat cepat. Oleh karna itu lubang hitam akan terbentuk piringan dan bukan bola.