Bagaimana Bentuk Binary Star Systems? Astronom Akhirnya Memecahkan Misteri

Sebuah ledakan supernova yang spektakuler, lebih dari satu miliar kali lebih terang dari matahari kita, menandai kelahiran bintang neutron yang mengorbit rekannya yang panas dan padat. Sekarang dua sisa yang padat ini ditakdirkan untuk saling berputar dalam sekitar satu miliar tahun, akhirnya menggabungkan dan menghasilkan beberapa elemen terberat yang diketahui di alam semesta.

Ledakan itu terjadi di galaksi yang mirip dengan Bima Sakti kita, hampir 920 juta tahun cahaya. Sebuah teleskop kecil di observatorium Palomar di California mendeteksi foton pertama dari supernova - bernama "iPTF 14gqr" - hanya beberapa jam setelah ledakan, ketika itu lebih dari 10 kali lebih panas daripada permukaan matahari kita. Ketika kecerahan supernova berevolusi selama dua minggu ke depan, sebuah tim astronom internasional menggunakan data tersebut untuk melacak asal ledakan ke bintang masif dengan radius 500 kali lipat dari matahari.

Tapi itu bukan hanya ukuran bintang raksasa yang membuat penemuan ini sangat penting. Yang tidak biasa adalah bahwa bintang itu juga tampaknya yang paling ringan dari semua bintang raksasa yang meledak. Bintang masif ini telah dirampok dari hampir semua massanya, mungkin oleh pasangan yang mengorbit padat. Ketika meledak, ia meninggalkan bintang neutron yang baru lahir yang terus mengorbit temannya.

Memahami pembentukan sistem bintang biner di mana dua bintang super padat saling mengorbit selalu menjadi teka-teki. Supernova cepat yang menghasilkan sistem bintang biner yang padat ini sangat langka dan sulit ditemukan, karena mereka dengan cepat muncul dan menghilang di langit - sekitar lima kali lebih cepat daripada supernova pada umumnya.

Pengamatan pertama dari supernova “ultra-stripped” ini, yang saya dan kolega saya detailkan dalam sebuah studi baru, tidak hanya memberikan wawasan tentang pembentukan sistem ini tetapi juga mengungkapkan tahap akhir dalam kehidupan bintang-bintang masif unik yang telah dijarah semua massa mereka sebelum mereka mati.

Memecahkan Misteri yang Lama

Bintang-bintang yang lahir lebih dari delapan kali massa matahari dengan cepat kehabisan bahan bakar dan menyerah pada gravitasi di akhir kehidupan mereka - runtuh ke dalam diri mereka sendiri dan meledak dalam supernova. Ketika ini terjadi, semua lapisan terluar bintang - beberapa kali massa matahari - tersebar.

Ketika saya mulai bekerja dengan penasihat saya, Mansi Kasliwal, sebagai mahasiswa pascasarjana baru, saya memutuskan untuk belajar supernova yang dengan cepat memudar dalam kecerahan. Menambang basis data peristiwa yang ditemukan oleh iPTF, saya menemukan iPTF 14gqr, supernova cepat memudar yang ditemukan lebih dari setahun sebelumnya tetapi yang sifat fisik sebenarnya tetap misterius.

Data membingungkan karena model awal kami menunjukkan supernova ini disebabkan oleh kematian bintang raksasa, namun ledakan itu sendiri cukup lemah. Itu mengeluarkan hanya seperlima dari massa matahari, sementara energinya hanya sepersepuluh dari supernova khas. Di mana semua materi dan energi yang hilang?

Petunjuk menunjukkan bahwa bintang yang meledak pasti telah dilucuti dari hampir semua massa aslinya sebelum ledakan. Tapi apa yang bisa mencuri begitu banyak hal dari bintang raksasa ini? Mungkin teman biner yang tak terlihat?

Saya mulai membaca tentang skenario bintang biner yang langka, ketika saya pertama kali menemukan ide "supernova ultra-stripped."

Supernova Ultra-Stripped

Ketika sebuah bintang besar memiliki bintang pendamping biner yang padat dan berdekatan, tarikan gravitasi yang intens dari pendamping itu dapat merampas tetangganya yang hampir tidak curiga dari hampir semua massanya sebelum meledak - oleh karena itu istilah "ultra-stripped."

Supernova ultra-striped meninggalkan bintang neutron, mayat bintang berputar cepat yang mengandung sedikit lebih banyak daripada massa matahari menjejalkan ke wilayah seukuran pusat kota Los Angeles. Bintang neutron ini terperangkap dalam orbit yang ketat di sekitar temannya. Sahabat itu mungkin adalah bintang neutron lain, atau bahkan kerdil putih atau lubang hitam yang terbentuk dari bintang masif yang mati beberapa juta tahun sebelum pendampingnya.

Sistem biner seperti itu telah menjadi bidang penting dalam penyelidikan astrofisika selama beberapa dekade. Kami telah secara langsung mengamati banyak sistem seperti itu di galaksi kita sendiri dengan teleskop optik dan radio. Deteksi tidak langsung pertama dari gelombang gravitasi berasal dari pengamatan sistem bintang neutron ganda. Baru-baru ini, penggabungan pertama dari sistem bintang neutron ganda dideteksi baik oleh LIGO canggih dan dalam gelombang elektromagnetik pada tahun 2017, memberikan para astronom wawasan unik tentang cara kerja gravitasi dan asal-usul unsur-unsur berat di alam semesta.

Namun, telah lama menjadi misteri bagaimana bintang biner terbentuk. Kita tahu bahwa bintang-bintang neutron terbentuk dalam ledakan supernova. Tetapi, untuk mendapatkan bintang-bintang neutron biner, Anda membutuhkan biner dari dua bintang masif untuk memulai. Namun, itu membutuhkan keseimbangan gaya yang tepat untuk memastikan bahwa bintang-bintang neutron biner tetap cukup stabil untuk selamat dari dua ledakan hebat yang menciptakan sistem.

Beberapa garis bukti tidak langsung menunjukkan bahwa mereka terbentuk dalam kelas yang sangat langka dari ledakan supernova yang sangat tipis. Tapi ledakan samar ini sejauh ini lolos dari deteksi langsung. Bukti pengamatan pertama ini untuk supernova ultra-striped membuka kesempatan untuk memahami pembentukan sistem biner bintang neutron ketat.

Memindai Surga untuk Ledakan Bayi

Supernova kami terlihat selama survei perantara Palomar Transient Factory (iPTF). Survei iPTF otomatis menggunakan kamera besar yang dipasang pada teleskop berukuran 1 meter untuk mengambil foto langit setiap malam dan memindai "bintang-bintang baru". Prioritas pencarian adalah berburu supernova bayi dan menentukan asal-usulnya.

Setiap kali bintang baru ditemukan, robot survei segera memberi tahu para astronom yang bertugas yang berada di zona waktu yang sama sekali berbeda untuk ditindaklanjuti. Strategi ini, bersama dengan jaringan teleskop global, memungkinkan kami untuk menangkap beberapa bintang yang meledak dalam aksi dan memahami seperti apa mereka sebelum mereka meledak. Faktanya, menemukan momen supernova ultra-striped yang langka setelah ledakan adalah kebetulan yang beruntung!

Peristiwa tunggal ini telah memberi kita wawasan pertama tentang massa dan energi yang dilepaskan dalam ledakan semacam itu, siklus hidup bintang-bintang masif, dan pembentukan bintang-bintang biner. Namun, ada banyak lagi yang bisa dipelajari dari sampel yang lebih besar dari peristiwa ini.

Dengan Zwicky Transient Facilty - penerus iPTF yang dapat memindai langit 10 kali lebih cepat - dan jaringan teleskop global yang disebut PERTUMBUHAN, kami berharap dapat menyaksikan lebih banyak ledakan ultra-striped, memulai episode baru dalam pemahaman kami tentang sistem bintang unik ini.

Artikel ini awalnya diterbitkan di The Conversation oleh Kishalay De. Baca artikel asli di sini.