Misteri Bintang Katai Putih Berkecepatan Tinggi Mulai Terpecahkan

Studi terbaru menjelaskan asal-usul bintang katai putih hipervelocity yang melesat hingga 2.000 km/detik. (NASA)

BINTANG katai putih, sisa-sisa bintang yang sangat padat dan mendingin. Biasanya merupakan sisa-sisa kosmik yang tenang, tetapi beberapa di antaranya sama sekali tidak tenang.

Dalam beberapa tahun terakhir, astronom yang menganalisis data dari wahana antariksa Gaia milik Badan Antariksa Eropa (ESA) mengidentifikasi beberapa bintang katai putih. Bintang itu melesat melalui Bima Sakti dengan kecepatan luar biasa hingga 1.240 mil per detik (2.000 kilometer per detik). Kecepatan itu cukup untuk menempuh jarak dari New York ke Los Angeles dalam kurang dari dua detik, dan bahkan melarikan diri dari galaksi sepenuhnya.

Bintang katai putih berkecepatan tinggi ini telah membingungkan astronom sejak penemuannya pada 2018. Kecepatan ekstrem mereka menunjukkan bahwa mereka diluncurkan oleh peristiwa yang kuat. Namun, tidak ada teori tunggal yang dapat menjelaskan baik kecepatan tinggi mereka maupun penampilannya yang membengkak dan overheated, mungkin hingga kini.

Sebuah studi terbaru yang dipimpin oleh Hila Glanz dari Technion-Israel Institute of Technology, mungkin menawarkan penjelasan paling meyakinkan tentang bintang katai putih berkecepatan tinggi hingga saat ini. Menggunakan simulasi komputer yang detail, para peneliti memodelkan apa yang terjadi ketika dua bintang katai putih dalam sistem biner yang rapat berputar bersama dalam proses penggabungan.

"Ini seperti teka-teki. Kami ingin melihat potongan-potongan apa yang dapat kami tambahkan ke dalam cerita ini," kata Glanz.

Hasil penelitian yang dijelaskan dalam makalah yang diterbitkan pada 19 Agustus di jurnal Nature Astronomy, berhasil merekonstruksikan tidak hanya kecepatan ejeksi yang diamati oleh Gaia. Akan tetapi, juga banyak karakteristik fisik yang tidak biasa dari bola-bola bintang ini.

Para peneliti fokus pada penggabungan dua bintang katai-putih hibrida, sisa bintang dengan inti karbon oksigen yang dilapisi cangkang helium tebal.  Kemungkinan terbentuk akibat interaksi sebelumnya dengan bintang pendamping. Dalam simulasi, bintang yang lebih ringan ditarik ke dalam dan mulai dihancurkan oleh pasangannya yang lebih berat. Saat berinteraksi, gesekan dan kompresi memanaskan permukaan bintang katai putih yang lebih masif, akhirnya memicu ledakan hebat pada cangkang heliumnya.

Ledakan pertama mengirimkan gelombang kejut yang melesat di sekitar lapisan luar bintang, menurut penelitian terbaru ini. Saat gelombang kejut itu berkumpul di sisi berlawanan, ia memampatkan dan memanaskan inti, memicu ledakan kedua. Kali ini di inti karbon oksigen, yang menyebabkan bintang utama meledak dalam apa yang disebut astronom sebagai supernova termonuklir. "Ia meledak sepenuhnya, tidak ada yang tersisa," kata Glanz.

Dengan pasangannya hancur, pasangan yang sebagian terganggu, kini tidak terikat, dilemparkan ke luar dengan kecepatan luar biasa, didorong oleh ledakan dan energi orbital yang besar yang terakumulasi selama detik-detik terakhir supernova.

Simulasi melacak sistem tersebut selama sekitar 17 menit setelah ledakan. Menunjukkan bagaimana sistem tersebut secara alami menghasilkan kecepatan ejektasi tinggi dan profil yang membesar, serta bercahaya, seperti yang diamati pada katai putih hipervelocity.

Dan karena ledakan tersebut relatif lemah, puing-puingnya tersebar dengan cepat, meninggalkan sedikit jejak supernova. Hal ini juga sesuai dengan pengamatan saat ini tentang bintang katai putih yang melintasi ruang angkasa tanpa sisa-sisa yang terlihat di sekitarnya, seperti yang dilaporkan dalam penelitian tersebut.

Teori yang dominan, skenario D6 (singkatan dari "dynamically driven double-degenerate double-detonation") mengasumsikan bahwa bintang katai putih bermassa besar meledak setelah transfer massa minimal, meninggalkan pasangan bintang utuh. Namun, model ini kesulitan menjelaskan baik kecepatan ekstrem maupun penampilan yang membengkak pada bintang katai putih hipervelocity, menurut penelitian terbaru.

Model penggabungan Glanz, di sisi lain, menunjukkan bahwa bahkan bintang katai putih primer dengan massa relatif rendah dapat menghasilkan sisa yang bergerak cepat, berkat gangguan parsial. Dan karena supernova yang dihasilkan redup, sisa-sisanya memudar dengan cepat, meninggalkan bintang katai putih yang terlempar tampak seperti fenomena tunggal.

"Kami sebenarnya tidak tahu apa yang akan kami dapatkan, ketika kami melihat hasilnya, ternyata sesuai dengan pertanyaan lama tentang bagaimana bintang katai putih hipervelocity terbentuk. Itu sangat keren," kata Glanz.

Temuan ini juga memberikan wawasan tentang asal-usul supernova Tipe Ia, ledakan bintang yang terang, yang berfungsi sebagai lilin standar untuk mengukur jarak kosmik, dan yang membentuk banyak unsur esensial untuk kehidupan, termasuk besi.

Alih-alih menunjuk pada satu asal usul, penelitian ini menyarankan bahwa bintang katai putih berkecepatan tinggi mungkin muncul dari beragam "kebun binatang". Interaksi dan ledakan bintang, termasuk supernova redup yang dipicu oleh ledakan ganda dalam penggabungan seperti yang disimulasikan oleh tim Glanz.

Namun, Glanz menekankan bahwa ini hanyalah sebagian dari gambaran keseluruhan. Survei langit masa depan, seperti yang akan segera dilakukan oleh Observatorium Vera C. Rubin, dapat membantu menguji teori-teori ini.

Jika astronom berhasil menangkap penggabungan dan ledakan semacam itu secara real-time, hal itu dapat membantu mengonfirmasi proses kekerasan yang melontarkan peluru bintang ini melintasi galaksi.(space/Z-2)