1. DND-2005
Evolusi Setelah Deret Utama
Struktur dalam bintang pada tahap deret utama
bergantung pada massa bintang, demikian juga evolusi
lanjut bintang ditentukan oleh massanya.
Gambar berikut memperlihatkan jejak evolusi
bintang dengan massa antara 1 M dan 15 M dalam
diagram H-R mulai dari deret utama berumur nol
(ZAMS)
2. DND-2005
4,6 4,4 4,2 4,0 3,8 4,4
log Te
0
1
2
3
4
LogL/L
1 M
2
3
1
3
4 5
3 M
5 M
15 M
66
6
5
5
4
4
1
2
1
2
3
6
1 2
3
Titik 1 : kedudukan deret utama
berumur nol (ZAMS)
Titik 1 s/d 3 : kedudukan deret
utama
Di titik 3 sebagian besar hidrogen
di pusat sudah habis
Setelah hidrogen di pusat habis,
pusat helium
Massa pusat helium pd akhirnya
mencapai batas Schonberg-
Chandrasekhar.
Pusat helium mengkerut dg cepat
dan menjadi panas. Reaksi
pembakaran hidrogen
berlangsung di lapisan luar yang
melingkupi pusat helium
ZAM
S
3. DND-2005
4,6 4,4 4,2 4,0 3,8 4,4
log Te
0
1
2
3
4
LogL/L
1 M
2
3
1
3
4 5
3 M
5 M
15 M
66
6
5
5
4
4
1
2
1
2
3
6
1 2
3
Pada saat pusat bintang
mengkerut, lapisan luar bintang
mengembang
Bintang berevolusi menjadi
bintang raksasa merah. Jejaknya
dalam diagram H-R menuju ke
kanan.
Di titik 5, bintang membentuk
lapisan luar konveksi yang tebal.
Jejak evolusi hampir vertikal ke
atas mengikuti jejak Hayashi.
Pusat isoterm yang mengkerut
temperaturnya makin tinggi
hingga helium di pusat yang
tadinya merupakan abu sisa
pembakaran hidrogen, sekarang
menjadi bahan bakar.
4. DND-2005
4,6 4,4 4,2 4,0 3,8 4,4
log Te
0
1
2
3
4
LogL/L
1 M
2
3
1
3
4 5
3 M
5 M
15 M
66
6
5
5
4
4
1
2
1
2
3
6
1 2
3
Di titik 6, temperatur di pusat
sudah cukup tinggi dan
berlangsunglah reaksi triple alpha
yang mengubah helium menjadi
karbon
Pada saat itu bintang mempunyai
dua sumber energi, yaitu
pembakaran helium di pusat dan
pembakaran hidrogen di lapisan
atasnya.
Pusat Helium
Pembakaran Helium
Pembakaran Hidrogen
6. DND-2005
Untuk bintang bermassa kecil, reaksi pembakaran
helium baru akan berlangsung apabila rapat massa di
pusat bintang sudah demikian besar, sehingga materi
disitu berada dalam keadaan terdegenerasi
sempurna.
Untuk bintang bermassa besar, reaksi pembakaran
helium tidak perlu menunggu kerapatan materi di
pusat terlampau besar karena temperatur di pusat
sudah cukup tinggi sebelum keadaan terdegenerasi
tercapai.
7. DND-2005
Pada materi yang tidak terdegenerasi, tekanan
memegang peranan besar dalam membuat bintang
mantap
Tinjau suatu reaksi yang berlangsung di pusat bintang
yang materinya tidak terdegenerasi.
Karena bintang tidak sepenuhnya dapat ditembus
oleh aliran energi, maka pada awalnya energi tidak
dapat mengalir keluar dengan laju yang sama
seperti laju pembangkitannya.
Akibatnya, temperatur dan juga tekanan akan
naik (materi bersifat gas ideal)
8. DND-2005
Bertambahnya tekanan menyebabkan gas memuai,
sehingga temperatur turun lagi dan juga laju
pembangkit energi menurun.
Jadi reaksi akan berlangsung dengan mantap
karena peningkatan temperatur diimbangi oleh
meningkatnya tekanan.
Hal ini terjadi pada pembakaran helium di pusat
yang tak terdegenarasi bintang bermassa besar.
9. DND-2005
Untuk bintang bermassa kecil, reaksi pembakaran
helium terjadi pusat yang terdegenerasi sempurna.
Tekanan di pusat hampir sepenuhnya diberikan
oleh elektron terdegenerasi (Tekanan elektron
terdegenerasi tidak bergantung pada temperatur)
Akibatnya setelah temperatur naik akibat
pembakaran helium, tekanan hampir tidak
berubah.
Tidak terjadi pemuaian seperti pada keadaan
tak terdegenerasi
Temperatur akan terus naik dan laju
pembangkitan energi juga makin cepat
10. DND-2005
Dengan meningkatnya temperatur, materi yang
tadinya terdegenerasi menjadi tidak terdegenerasi.
Apabila hal ini terjadi, maka gas akan berada
pada temperatur yang terlalu tinggi untuk
tekanannya (karena gas sekarang sudah
bersifat sebagai gas ideal)
Akibatnya gas akan menyesuaikan tekanannya dan
proses ini berlangsung dengan cepat.
Peristiwa mulai dari pembakaran helium hingga
peningkatan tekanan yang mendadak di pusat
disebut kilatan helium (helium flash)
11. DND-2005
Apabila kilatan helium terjadi, sangat sukar untuk
mengikuti evolusi bintang.
Sebelumnya, perubahan
struktur bintang ber-
langsung perlahan sela-
ma milyaran tahun.
Tetapi setelah kilatan
helium terjadi, bintang
berubah strukturnya
dalam beberapa jam.
4,6 4,4 4,2 4,0 3,8 4,4
log Te
0
1
2
3
4
LogL/L
Helium
Flash
Cabang
Raksasa
Merah
DeretUtam
a
12. DND-2005
Untuk bintang bermassa sedang dan besar reaksi
pembakaran helium berlangsung dengan mantap.
Struktur bintang berubah dengan perlahan
sehingga evolusi bintang setelah tahap
pembakaran helium dapat diikuti.
Ada beberapa perbedaan antara bintang bermassa
sedang dengan bintang bermassa besar
Untuk bintang bermassa sedang (∼ 5 M), setelah
terjadi pembakaran helium, pusat bintang yang
tadinya mengerut akan mengembang.
13. DND-2005
Pengembangan pusat bintang ini diikuti oleh
pengerutan lapisan luar bintang sehingga
temperatur efektif bintang meningkat dan jejak
evolusinya menuju ke kiri setelah titik 6.
4,6 4,4 4,2 4,0 3,8 4,4
log Te
0
1
2
3
4
LogL/L
1 M
2
3
1
3
4 5
3 M
5 M
15 M
66
6
5
5
4
4
1
2
1
2
3
6
1 2
3
14. DND-2005
Untuk bintang bermassa besar (∼ 15 M), pada saat
bintang meninggalkan deret utama, temperatur di
pusat sudah cukup tinggi, sehingga reaksi
pembakaran helium terjadi setelah bintang
meninggalkan deret utama.
Reaksi triple alpha sudah terjadi pada saat
bintang masih didaerah biru dalam diagram H-
R.
Tahap evolusi selanjutnya, bintang bergerak ke
kanan menjadi bintang maharaksasa merah.
15. DND-2005
Akhir Riwayat Bintang
Bintang bermassa kecil
seperti Matahari akan
mengalami kilatan helium.
Setelah terjadi kilatan
helium, kedudukan
bintang di diagram H-R
akan menyebrang ke
cabang horizontal.
4,6 4,4 4,2 4,0 3,8 4,4
log Te
0
1
2
3
4
LogL/L
Cabang Horizontal
Helium
Flash
Cabang
Raksasa
Merah
DeretUtam
a
16. DND-2005
Kedudukannya yang tepat di cabang horizontal
akan begantung pada massa dan komposisi kimia
bintang.
Makin kecil massa bintang dan makin sedikit
unsur beratnya makin biru warnanya
Setelah helium di pusat bintang habis, terbentuklah
pusat karbon oksigen di dalam bintang.
Suatu bintang bermassa kecil yang didalamnya
berlangsung reaksi pembakaran hidrogen dan
helium di sekitar pusat karbon oksigen, akan
goyah kemantapannya.
17. DND-2005
Bintang akan berdenyut dengan denyutan yang
makin kuat sehingga terjadi pelontaran massa
oleh bintang.
Bintang akan melontarkan materi bagian luarnya
sehingga tersingkap pusatnya yang panas dan
bintang menjadi Planetary Nebula.
Planetary nebula tampak sebagai bintang
panas yang dikelilingi oleh cincin gas.
Pengamatan pada planetary nebula menunjukkan
bahwa cincin gas itu mengembang dan pusatnya
mengkerut.
Bintang pusat yang mengkerut tersebut pada
akhirnya akan menjadi bintang katai putih.
20. DND-2005
Planetary Nebula Cincin (Ring Nebula – M57) yang
diabadikan oleh teleskop Ruang Angkasa Hubble.
Planetary nebula ini berjarak 2 000 tahun cahaya
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/1999/01/
21. DND-2005
Planetary Nebula NGC 3132 yang diabadikan oleh
teleskop Ruang Angkasa Hubble. Planetary nebula ini
berjarak 2 000 tahun cahaya
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/1998/39/
22. DND-2005
Planetary Nebula Mata Kucing (Cat’s Eye Nebula - NGC 6543
yang diabadikan oleh teleskop Ruang Angkasa Hubble.
Planetary nebula ini merupakan planetary nebula yang sudah
tua ( ∼ 1 000 tahun) dan penampilannya sangat komplek.
Jaraknya 3 000 tahun cahaya
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/1995/01/
ionized nitrogen (green)
Hydrogen-alpha (red)
neutral oxygen (blue)
23. DND-2005
Planetary Nebula Jam Gelas (Hourglass Nebula) yang
diabadikan oleh teleskop Ruang Angkasa Hubble. Planetary
nebula ini merupakan planetary nebula yang masih muda dan
jaraknya 8 000 tahun cahaya
ionized nitrogen (red)
hydrogen (green)
doubly-ionized oxygen (blue)
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/1996/07/
24. DND-2005
Planetary Nebula Stingray (Stingray Nebula – Hen 1357) yang
diabadikan oleh teleskop Ruang Angkasa Hubble. Planetary
nebula ini merupakan planetary nebula yang sedang dalam
tahap pembentukan. Umurnya diperkirakan baru sekitar 20
tahun. Planetary nebula ini berjarak 18 000 tahun cahaya).
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/1998/15/
26. DND-2005
Bintang yang massanya terlalu kecil (∼ 0,5 M) tak
akan mampu melangsungkan reaksi pembakaran
helium.
Evolusi awalnya sama seperti bintang yang
massanya lebih besar. Bintang membentuk pusat
helium yang terdegenerasi, tetapi kilatan helium
tidak terjadi karena temperatur pusatnya kurang
tinggi.
Setelah membakar hidrogennya, bintang
mengkerut menjadi bintang katai putih (White
Dwarf)
27. DND-2005
Bintang dengan massa kecil ini sangat lambat
evolusinya, diperlukan waktu melibihi umur alam
semesta sekarang untuk menjadi bintang katai
putih.
http://imgsrc.hubblesite.org/hu/db/2003/19/images/b/formats/print.jpg
28. DND-2005
Pada umumnya bintang yang massanya < 6 M akan
berevolusi menjadi bintang katai putih setelah
melontarkan sebagian massanya.
Setelah sumber tenaga energinya di dalam bintang
habis, bintang katai putih selanjutnya menjadi
bintang katai gelap.
29. DND-2005
Untuk bintang bermassa sedang (6 ~ 10 M ?), akibat
reaksi pembakaran helium, karbon akan tertimbun di
pusat bintang dan membentuk pusat karbon.
Pusat karbon akan mengkerut hingga rapat massa
dan temperatur di pusat bintang makin tinggi.
Pada temperatur yang cukup tinggi untuk
berlangsungnya pembakaran karbon, materi di
pusat sudah sangat terdegenerasi.
Reaksi pembakaran karbon dalam keadaan
terdegenerasi akan sangat eksplosif hingga
bintang meledak. Bintang akan hancur
berantakan. Ledakan bintang ini disebut
Supernova.
31. DND-2005
Untuk bintang bermassa besar (> 10 M ?), reaksi
pembakaran karbon sudah berlangsung sebelum
materi di pusat terdegenerasi.
Reaksi pembakaran karbon berlangsung dengan
mantap (tidak eksplosif) demikian juga reaksi-
reaksi berikutnya.
Dengan demikian di dalam bintang akan
terbentuk aneka inti berat yang pada akhirnya
akan terbentuk inti besi di pusat bintang.
Inti besi tidak akan bereaksi membentuk
unsur yang lebih berat.
Sebaliknya pada temperatur dan tekanan yang
sangat tinggi, inti besi akan terurai menjadi
inti helium.
32. DND-2005
Terurainya inti besi menjadi helium akan
menyerap energi. Akibatnya tekanan di pusat
bintang mendadak turun hingga pusat bintang
runtuh dengan dahsyat karena terhimpit beban
yang berat.
Keruntuhan pusat bintang membawa lapisan
luar yang masih kaya akan bahan bakar inti
ke tempat yang temperaturnya tinggi.
Terjadilah reaksi inti dengan laju yang sangat
tinggi.
Proses reaksi inti yang dalam keadaan normal
berlangsung ribuan atau jutaan tahun
dipercepat hanya dalam beberapa detik saja.
33. DND-2005
Akibatnya terjadi suatu ledakan nuklir yang
maha dahsyat. Pusat bintang akan runtuh
menjadi benda yang sangat mampat
sedangkan bagian luarnya terlontar dengan
kecepatan puluhan ribu kilometer per detik.
Supernova.
Supernova 1987ASupernova 1987A
yang diamati olehyang diamati oleh
teleskop Hubbleteleskop Hubble
34. DND-2005
Eta Carinae yang berjarak
lebih dari 8,000 tahun cahaya
dan berdiameter 10 milyar
kilometer (hampir sama
dengan diameter tatasurya).
Eta Carinae merupakan sisa-
sisa ledakan supernova yang
terjadi sekitar 150 tahun
yang lalu.
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/1996/23/
35. DND-2005
Pada bulan Januari 2002,
sebuah bintang yang lemah
cahayanya tiba-tiba menjadi
600 000 kali lebih terang
daripada Matahari sehingga
menjadi bintang paling
terang dalam galaksi kita.
Bintang yang bernama V838
Monocerotis ini baru saja
meledakan dirinya menjadi
supernova.
http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2003/10/
36. DND-2005
Pusat bintang yang runtuh tersebut menjadi sangat
mampat. Elektron di pusat bintang akan
terhimpitkan sehingga makin dekat dengan inti.
Akhirnya banyak elektron menembus inti.
Elektron yang menembus inti ini menyatu dengan
proton membentuk neutron
Akibatnya akan terbentuk gas yang kaya dengan
neutron.
Apabila rapat massa gas mencapai 1015
gram per
cm3
(Satu milyar ton per cm3
), hampir seluruh
materi berupa neutron.
Pada keadaan yang sangat mampat ini, gas
neutron terdegenerasi.
37. DND-2005
Neutron yang terdegenerasi ini akan memberikan
tekanan balik yang menghentikan pengerutan.
Bintang akan mantap dengan radius sekitar 10 km
saja, namun massanya menyerupai matahari yang
radiusnya 700 000 km.
Bintang ini disebut
bintang neutron.
Bintang neutronBintang neutron
(anak panah) yang(anak panah) yang
diabadikan olehdiabadikan oleh
teleskop Hubbleteleskop Hubble
38. DND-2005
Teori bahwa bintang neutron terbentuk dari ledakan
supernova sudah diajukan pada tahun 1934 oleh
Baade dan Zwicky.
Perhitungan teori mengenai struktur bintang
neutron telah dilakukan oleh Oppenheimer dan
Volkoff pada tahun 1939.
Bintang neutronnya baru ditemukan pada tahun
1967 oleh seorang mahasiswi yang bernama
Jocelyn Bell.
Bintang neutron yang ditemukan Bell ini adalah
bintang neutron yang berputar cepat yang disebut
dengan Pulsar (pulsating radio source)
39. DND-2005
Pulsar ini memancarkan gelombang radio dari
kutub magnetnya pada arah tertentu, sehingga
pulsar tampak seperti berdenyut (Dari
pengamatan dengan teleskop radio, pulsar
memancarkan sinyal yang berulang dengan irama
yang tetap).
41. DND-2005
Pada tahun 1967, di tengah
nebula kepiting ini
ditemukan sebuah pulsar
yang dikenal dengan nama
Pulsar Kepiting yang
berdenyut dengan periode
0,033 detik
43. DND-2005
Bintang yang mengalami keruntuhan gravitasi,
medan magnetnya akan ikut terjerat oleh materi yang
termampatkan hingga kekuatannya menjadi berlipat
ganda.
Pulsar memancarkan energi dalam bentuk
pancaran dwikutub magnet (magnetic dipole
radiation) dan pancaran partikel relativistik.
Dalam hal ini energi yang dipancarkannya
perdetik adalah,
44. DND-2005
dE
dt
= − ω4
sin2
θ
B2
R6
6 c3
. . . . . . . . . . . . (3-20)
B = medan magnet di kutub magnet
R = radius
ω = kecepatan sudut rotasi
c = kecepatan cahaya dalam ruang hampa
θ = sudut antara sumbu rotasi dan sumbu magnet
θ
ω
Kehilangan energi
45. DND-2005
Energi yang dipancarkan pulsar berasal dari
energi kinetik rotasinya, jadi
Apabila kita hitung dengan hampiran (hanya
pada orde magnitudo besaran dalam rumus 3-20)
maka kita bisa ambil sin θ ≈ 1, sehingga
. . . . . . . . . . . . . . (3-22)dE
dt
= I ω
dω
dt
Momen inersia Pulsar
dE
dt
= − ω4B2
R6
6 c3
. . . . . . . . . . . . (3-21)
46. DND-2005
Apabila pers (3-21) dan (3-22) kita gabung maka
akan diperoleh,
dω
dt
= − ω3
B2
R6
6 I c3
. . . . . . . . . . . . (3-23)
Apabila P adalah periode rotasi pulsar, maka
ω =
2 π
P
Jadi pers. (3-24) dapat dituliskan menjadi,
dP
dt
B2
= P
3 I c3
2 π2
R6
. . . . . . . . . (3-24)
47. DND-2005
Pers. (3-24) dapat digunakan untuk menaksir
medan magnet di permukaan Pulsar. Sebagai
contoh untuk Pulsar Kepiting
Dari pengamatan diperoleh :
P = 0,0331 detik dan dP/dt = 422,69 x 10-15
Dari teori struktur bintang diketahui I ≈ 1045
gr
cm2
dan R ≈ 106
cm.
Apabila harga ini dimasukan ke pers. (3-24),
maka akan diperoleh,
B = 7,6 x 1012
gauss
Umumnya medan magnet pulsar sekitar 1012
–
1013
gauss.
48. DND-2005
Apabila pers. (3-23) diintegrasikan untuk t dari 0
sampai τ (umur pulsar) dan diandaikan kecepatan
sudut rotasi pulsar pada saat dilahirkan yaitu ωo
jauh lebih besar daripada kecepatan sudut rotasi
sekarang yaitu ω, maka ωo
−2
dapat diabaikan
terhadap ω−2
. Hasilnya adalah
τ =
P
2 dp/dt
. . . . . . . . . . . . . . (3-25)
Apabila harga dP/dt dan P untuk pulsar kepiting
dimasukan ke persamaan ini, maka akan diperoleh τ
= 1241 tahun. Hasil ini tidak jauh berbeda dengan
umur sebenarnya (pulsar kepitinng dilahirkan tahun
1054, yaitu saat terjadinya supernova)
49. DND-2005
Apabila kita masukan harga ω dan dω/dt untuk
Pulsar Kepiting ke pers. (3-22) dan kita ambil harga I
= 1045
gr cm2
, maka akan didapat,
dE
dt
= 4,6 x 1038
erg s-1
Laju pancaran energi Pulsar Kepiting ini sesuai
dengan hasil pengamatan yaitu 4 x 1038
erg s-1
50. DND-2005
Dari pembicaraan yang lalu telah kita ketahui bahwa
apabila pusat suatu bintang mengalami keruntuhan
gravitasi, maka bagian luar bintang akan terlontar
keluar dengan menghamburkan unsur berat yang
dihasilkan oleh reaksi inti di dalam bintang.
Pusat yang runtuh itu bisa menjadi bintang
neutron yang diamati sebagai pulsar.
Dari perhitungan teori diperoleh bahwa jika bintang
yang runtuh tersebut massanya lebih dari 3 M, maka
tekanan degenerasi elektron dan neutron tak akan
mampu menghentikan keruntuhan gravitasi bintang.
Bintang semakin mampat, medan gravitasi
dipermukaannya semakin kuat.
51. DND-2005
Kelengkungan ruang waktu di sekitar bintang pun
semakin besar.
Menurut K. Schwarzschild apabila radius bintang
mencapai
Rs =
2 G M
c2
. . . . . . . . . . . . . . . . (3-26)
Maka kelengkungan ruang waktu sudah
sedemikian besar sehingga cahaya pun tak dapat
lepas dari pemukaannya. Bintang disebut Lubang
Hitam (Black Hole), sedangkan Rs disebut radius
Schwarzschild.
52. DND-2005
Persamaan (3-26) : Rs =
2 G M
c2
diperoleh dari persamaan konservasi energi (energi
kinetik sama dengan energi potensial) atau
0
2
1 2
=
−+
R
GMm
mv
Apabila v = c, maka diperoleh,
2
2
c
GM
Rs =
53. DND-2005
Permukaan bola yang radiusnya sama dengan radius
Schwrzschild disebut event horizon. Di pusat lubang hitam
terdapat singularitas, yaitu daerah dimana hukum-hukum
fisika yang ada tidak berlaku karena lingkungannya sangat
ekstrem. Menurut Roger Penrose’s, walau pun hukum-hukum
fisika tidak berlaku di dalam event horizon, namun tidak
berpengaruh pada fisik di luar lubang hitam.
54. DND-2005
Lubang Hitam di Galaksi NGC
4261 yang berjarak 100 juta
tahun cahaya (Hasil Pengamatan
Teleskop Ruang Angkasa)
61. Bintang Deret Utama
(90% umurnya
berada di Deret
Utama)
Bintang bermassa
kecil
Bintang
Raksasa Merah
Bintang bermassabesar
Bintang
Maharaksasa Merah
63. Supernova 1987A yang berada diSupernova 1987A yang berada di LargeLarge
MagellanicMagellanic Cloud. Gambar kanan (anakCloud. Gambar kanan (anak
panah) bintang sebelum menjadipanah) bintang sebelum menjadi
supernova, kiri setelah menjadi supernovasupernova, kiri setelah menjadi supernova
Bintang
Maharaksasa Merah
Bintang dengan
massa besar
Supernova remnant
(Crab Nebula)
Supernova
64. Supernova remnant
(Crab Nebula)
Bintang neutron (anak panah) yangBintang neutron (anak panah) yang
diabadikan oleh teleskop Hubblediabadikan oleh teleskop Hubble
Lubang Hitam (Black Hole)Lubang Hitam (Black Hole)
Bintang dg
massa sedang
Bintang dgmassa sangatbesar
Bintang Neutron
Bintang yang materinya
terdiri dari neutron dengan
kerapatan yang sangat
tinggi (~1 milyar ton per
cm3
) tetapi radiusnya kecil
(~ 10 km)