Oleh: Wan Nur Liyana Bt Wan Abd Aziz,
Nota: Penulis merupakan penuntut Sarjana Pendidikan Fizik di Universiti Pendidikan Sultan Idris. Rencana ini diolah daripada Berkowitz, R. (2019). Iron-rich object closely orbits a white dwarf. Physics Today, 72(6), 14-16.
Bintang-bintang seperti Matahari mampu bercahaya selama ribuan juta tahun, menjana haba di terasnya menerusi proses pelakuran nuklear yang menukar unsur hidrogen menjadi helium. Apabila bintang bersaiz sederhana sehingga lapan kali ganda matahari kehabisan bahan bakarnya, tenaga haba yang dijana oleh proses pelakuran nuklear di teras bintang tidak lagi mampu mendokong kestabilan bintang tersebut dan bintang tersebut akan mula menguncup akibat daya tarikan gravitinya sendiri. Penguncupan bintang ini akan menaikkan suhu teras sehinggalah proses pelakuran nuklear yang berikutnya dapat bermula. Proses pelakuran nuklear pada suhu yang lebih tinggi ini akan menukar unsur helium menjadi karbon dan oksigen. Tenaga haba yang dijana oleh proses pelakuran nuklear ini akan menyebabkan lapisan luar bintang mengembang berpuluh kali ganda dari segi saiznya, membentuk sebutir bintang bergelar raksasa merah. Dalam masa ribuan juta tahun, lapisan luar bintang raksasa merah ini akan tersepai ke angkasa lepas, meninggalkan teras berketumpatan tinggi yang terdiri daripada unsur karbon dan oksigen. Teras bersaiz Bumi ini dikenali sebagai bintang kerdil putih yang bersinar malap dan menyejuk dalam tempoh puluhan bilion tahun. Rajah 1 menunjukkan kitaran hidup sebuah bintang seperti matahari.
Apabila sebutir bintang berevolusi menjadi bintang raksasa merah, planet-planet yang mengelilingi bintang tersebut akan ditelan oleh proses pengembangan bintang tersebut. Namun, terdapat model berkomputer yang menunjukkan bahawa planet-planet gergasi yang terselamat daripada ditelan oleh bintang raksasa merah mampu mengganggu orbit planet-planet kerdil di sekitarnya, lalu menghumbankan planet-planet kerdil ini ke orbit yang lebih kecil dan hampir dengan bintang kerdil putih tersebut. lanet yang terlalu hampir akan hancur berkecai akibat tindakan daya tarikan graviti bintang kerdil putih, lalu membentuk awanan debu di sekeliling bintang kerdil putih tersebut.
Teknologi masa kini tidak mampu membuat pengukuran langsung ke dalam teras Bumi. Namun begitu, sifat teras sesebuah planet boleh diselidiki dengan mengkaji jasad-jasad yang mengorbit kerdil putih. Para penyelidik telah membangunkan kaedahspektroskopi yang membolehkan mereka mencirikan asteroid yang beredar mengelilingi sebutir kerdil putih yang terletak pada jarak 400 tahun cahaya dari Sistem Suria kita. Pencirian tersebut dilakukan menggunakan teleskop pantulan terbesar di dunia iaitu Gran Telescopio Canarias di La Palma, Sepanyol (Rajah 2).
Eksoplanet merupakan planet yang mengelilingi bintang selain daripada matahari. Terdapat lebih daripada 4000 eksoplanet yang telah dikesan di dalam galaksi kita, iaitu galaksi Bima Sakti. Salah satu kaedah yang digunakan untuk mengesan eksoplanet adalah dengan mencerap pemalapan berkala pada sinaran cahaya bintang induknya setiap kali eksoplanet melintasi di hadapan bintang tersebut. Kaedah ini dinamakan sebagai kaedah transit dan digunapakai oleh teleskop angkasa Kepler.
Pada tahun 2015, para penyelidik dari Universiti Harvard telah menggunakan kaedah transit untuk membuktikan kewujudan sisa-sisa planet yang mengelilingi sebutir bintang kerdil putih. Bintang kerdil putih ini terletak dalam buruj Virgo dan sinaran cahayanya mempamerkan kerlipan bercorak kompleks yang ditafsirkan sebagai kesan halangan oleh jasad-jasad kecil yang sedang mengelilinginya.
Analisis cahaya spektrum yang berpunca dari cakera sisa yang mengelilingi bintang kerdil putih ini menawarkan jalan alternatif untuk mengesan sisa-sisa planet. Pada pertengahan tahun 2000-an, para penyelidik dapat mengesan garisan spektrum pancaran daripada unsur kalsium, besi dan oksigen pada spektrum yang dihasilkan oleh cakera-cakera sisa ini. Kaedah cerapan spektrum ini telah digunakan ke atas bintang kerdil putih bernama SDSS J1228+1040 dan bentuk garis spektrum yang diperolehi menunjukkan aktiviti dinamik yang berterusan pada cakera sisa di sekitar kerdil putih tersebut.
Para penyelidik mengutip cahaya spektrum pancaran daripada gas dalam cakera sisa setiap dua hingga tiga minit untuk beberapa malam pada tahun 2017 dan 2018 dan menentukan masa yang diperlukan untuk cakera sisa melengkapkan satu pusingan mengelilingi bintang kerdil putih tersebut. Cahaya spektrum yang dikutip mengandungi tiga garis cerah yang dihasilkan oleh ion kalsium (II), menandakan hadirnya gas yang kaya dengan unsur-unsur kelogaman. Seperti yang jangkakan, setiap garis menunjukkan dua puncak lebar yang terhasil akibat anjakan Doppler oleh pusingan gas dalam cakera sisa yang bersilih ganti gerak mendekati dan menjauhi Bumi.
Dapatan ini membuktikan bahawa teknik ini – dinamakan kalsium sawat jam- berpeluang cerah untuk digunakan dalam mengesan jasad dalam mana-mana sistem yang menunjukkan garis spektrum pancaran ion kalsium.
Cakera sisa yang sarat kaya dengan unsur-unsur kelogaman seperti besi mungkin merupakan sisa teras planet yang terselamat daripada ditelan oleh bintang induknya sebelum ia menjadi bintang kerdil putih. Buat masa ini, ahli astrofizik hanya dapat mengenal pasti tujuh bintang kerdil putih yang mengandungi gas dalam cakera sisanya. Sistem bintang ini merupakan sasaran kajian lanjut dalam menyiasat kehadiran jasad berbatuan yang mengorbitnya.
Penjejakan gelagat planetesimal dari masa ke masa dapat membantu ahli astronomi menerangkan apa yang berlaku pada planet berbatuan dalam peringkat akhir evolusi bintang apabila ia membentuk cakera di sekeliling bintang kerdil putih selain menawarkan cerapan langsung ke atas teras sesebuah planet.
Daftar Istilah
- cerapan spektrum spectral observation
- pelakuran nuklear nuclear fusion
- kerdil putih white dwarf
- teras bintang stellar core
- buruj constellation
- pemalapan berkala periodical dimming
- logam metal
- besi iron
- panjang gelombang wavelength
- Kalsium sawat jam clockwork calcium
- jirim matter
- raksasa merah red giant
- bintang induk host star
- teras core
- anjakan Doppler Doppler effect
- planet berbatuan rockey bodies
- cakera reja debris disk
- planetesimal planetesimal
- evolusi bintang stellar evolution
