Astronomi : Bintang dan Galaksi

Dikemas oleh : Isamas54

Maha luasnya alam kita, namun ‘baru sedikit’ yang terungkap.

Di malam hari yang cerah kita dengan mata telanjang bisa menyaksikan ribuan bintang yang bertebaran di langit.  Manusia mulai mengelompokkan bintang terang di langit menurut persepsi tertentu yang dapat di latarbelakangi takhayul (astrologi) ataupun untuk keperluan pengamatan ilmiah (astronomi), khususnya dalam astronomi mengalami perkembangan yang cukup pesat seiring dengan perkembangan teknologi.

Para astronom telah melakukan berbagai pengamatan terhadap obyek di langit ini yang semula secara deskriptif --khususnya bintang--  dengan hanya melokalisasikan fenomena langit seperti menentukan jarak, terang sebenarnya (terang mutlak), warna dan spectrum, akan tetapi dalam perkembangannya semakin dipahami mengenai proses fisis yang berlangsung di dalamnya.  Tentunya kesemuanya itu dimaksudkan untuk kepentingan ilmu pengetahuan dan kehidupan manusia.

Melalui fenomena alam dan teknologi yang telah dikuasai, dapat dimanfaatkan untuk kepentingan pengamatan iklim dan lain sebagainya, bahkan untuk keamanan bumi kita sendiri dari tumbukan dengan benda angkasa lainnya. 

Sebelum dilanjutkan, berikut beberapa data dan pengertian.

Data dan pengertian

Satu detik cahaya adalah jarak yang ditempuh oleh cahaya bergerak selama satu detik yaitu 300.000 km. 

Satuan cahaya ini merupakan acuan yang digunakan untuk mengukur jarak antara bintang yaitu 9,46 x 10¹² km.  Cahaya matahari hanya membutuhkan sekitar 500 detik untuk sampai ke bumi, sedangkan dari bintang terdekat setelah Matahari (Proksima Centauri) adalah selama 4,3 tahun cahaya.

Bintang adalah merupakan benda langit yang sangat besar dan memancarkan cahaya, diantaranya adalah Matahari.  Sedangkan bintang yang paling dekat kita adalah Matahari (berjarak 150 juta km) selanjutnya  adalah bintang Proksima Centauri (berjarak  40 triliun km). 

Galaksi adalah merupakan sistem bintang atau tata bintang yang jumlahnya dalam jagad raya ini jutaan, dimana tiap galaksi terdiri dari ribuan juta bintang, sedangkan galaksi dimana Tata surya kita (matahari sebagai pusat peredaran planet-planet)_ berada disebut Milk Way (Inggris) atau Bima Sakti

Gerak dan periode waktu edar

(a).  Gerak rotasi adalah pergerakan Bumi berputar dalam porosnya dari arah barat ke timur dengan periode waktu sekali putaran selama 23 jam 56 menit (24 jam kurang 4 menit).

(b).  Gerak bulan mengeliling bumi dalam porosnya dengan periode waktu 29,5 hari atau selama satu bulan.

(c).  Gerak revolusi  adalah pergerakan Bumi mengeliling Matahari dalam bidang porosnya --ekliptika-- dengan periode waktu sekali putaran selama setahun yaitu 365 1/4 hari (tepatnya 365 hari 8 jam 9 menit dan 10 detik).

(d).  Satu tahun kosmik (cosmic year), adalah adalah waktu yang dibutuhkan Matahari  mengeliling pusat (nukleus) galaksi Bimasakti  --kecepatan 220 km/detik--  dalam satu periode waktu (kala edar) yaitu selama 2,4 x 10 ⁸  tahun atau 240 juta tahun.  Dengan asumsi tersebut maka apabila usia Matahari kita 5 x 10⁹ tahun  (5 milyar tahun) maka matahari sampai saat ini baru 20 kali mengedari  pusat galaksi Bimasakti.

Spektogram dan cahaya bintang

Spektogram adalah merupakan hasil foto dari spektrum dari cahaya bintang.  Spektogram yang pertama kalai adalah dari galaksi Andromeda yang diambil tahun 1899 oleh ahli astronomi Jerman J. Scheiner pada observatorium Portsdam.

Awalnya spektrum itu memperlihatkan garis-garis absorbsi sama yang ditemukan pada spektrum matahari, kemudian dilakukan ke beberapa galaksi yang menunjukkan garis-garis pancaran yang terang sesuai dengan galaksi kita.

Spektrum dari sebuah galaksi tentu saja merupakan gabungan spektrum dari semua bintang yang ada di dalamnya. Seperti halnya percobaan di bumi untuk mengetahui suhu gas pijar dengan mengamati warna cahaya yang dipancarkan, kita dapat mengetahui suhu gas pijar di bintang-bintang.

Kaitan suhu dengan warna bintang yaitu sebagai berikut :

Suhu dalam °F dan (Warna)  : >> 55.000 (biru-putih), 36.000 (biru-putih),  20.000 (putih), 13.500 (putih-kuning), 11.000 (kuning), 7.500

(oranye), 5.500 (merah).

Dari data tersebut menunjukkan bahwa semakin rendah suhunya sinar yang dipancarkan semakin kemerah-merahan dan semakin tinggi suhunya warna cahaya yang dipancarkan semakin putih kebiru-biruan. Maka dengan pengamatan warna spektrum yang dipancarkan dari bintang pada suatu galaksi kita dapat mengklasifikasikan suhu bintang-bintang tersebut.

Pengamatan astronomi terhadap obyek langit khususnya bintang adalah bertujuan untuk menentukan jarak, terang sebenarnya (terang mutlak), warna dan spectrum.  Untuk hal ini dikenal diagram Hertzprung-Russel (disingkat HR).

Dari diagram Hertzprung-Russel (HR) dapat diidentifikaiskan populasi bintang-bintang berdasarkan ukurannya yaitu :

(1).  Bintang-bintang deret utama yang merupakan mayoritas populasi bintang di alam semesta.

(2). Bintang-bintang raksasa adalah bintang yang relatif "dingin" (suhunya kurang dari 5000 K), akan tetapi memancarkan cahaya dalam jumlah yang lebih besar (terangnya 100 kali terang matahari kita), sehingga untuk dapat bertahan haruslah memiliki jari-jari besar, atau berukuran besar.

(3).  Bintang-bintang maharaksasa merupakan ukuran ekstrem besar dari populasi bintang (dengan jari-jari hingga 1000 kali matahari kita).

(4).  Bintang-bintang katai, yang sangat redup dibanding matahari kita, akan tetapi dari kelas spektrumnya memiliki suhu sangat tinggi. Oleh karena itu, jari-jarinya haruslah sangat kecil, sekitar 1750 jari-jari matahari kita.

SELINGAN

(1).  Peta Langit Hasil Teleskop

Badan Penerbangan Antariksa Amerika Serikat (NASA), April 2011 merilis data berharga dari misi pemetaan langit yang memungkinkan para ahli dan siapa saja mengakses internet untuk memeriksa dengan teliti jutaan galaksi, bintang, asteroid, dan obyek-obyek lain yang selama ini sulit dilihat. NASA meluncurkan wahana yang disebut Widefield Infrared Survey Ex­plorer yang membawa teleskop inframerah (Desember 2009), tujuannya adalah memindai kosmos dengan tingkat detail lebih baik daripada misi-misi sebelumnya. Pesawat luar angkasa yang di­sebut WISE ini memetakan langit 1,5 kali selama 14 bulan serta memotret lebih dari 2,5 juta gambar.

Banyak temuan dari misi itu dimuat dalam katalog (yang berhubungan dengan luar ang­kasa) yang dirilis secara online pekan lalu. Meskipun telah diobservasi, diyakini akan ada banyak temuan lebih signifikan lagi. Misi khusus NASA itu, arrtara lain menemukan lebih dari 33.000 asteroid baru di antara planet Mars and Jupiter serta di­temukan pula 20 komet.

Pesawat luar angkasa yang digunakan memungkinkan mengendus kondisi berdebu, dingin, dan jarak antarobyek yang tak mungkin dihasilkan oleh teleskop regular. Masih banyak gambar lain yang sedang disiapkan untuk diluncurkan musim semi mendatang. "Data baru spektakuler yang baru saja dirilis tersebut kembali mengingatkan kita bahwa kita punya banyak tetangga baru," kata Pete Schultz, ilmuwan luar angkasa dari Universitas Brown, seperti dikutip Associated Press, la tak terlibat dalam proyek itu.

Banyak peneliti menyambut baik temuan yang saat ini terbilang maju tersebut. Berbagai data itu akan membawa manusia pada pengetahuan yang lebih baik tentang kondisi luar angkasa. (Sumber bacaan : Kompas 18/4/2011)

Peta lainnya adalah Pet 3D Alam Semesta tahun 2012, seperti pada tulisan ‘Pusat Jagat Raya’.

(2).  Jagat Raya dikuasai kegelapan

(a).  Tim astronom Berkeley mengumumkan (akhir  September) bahwa  mereka  yakin 90% dari jagat raya diisi oleh materi gelap yang bermukim di ruang antargalaksi. Berarti,  100.000.000.000 galaksi yang dikenal selama ini sesungguhnya  hanya menempati 10% wilayah jagat yang hingga   kini   masih   terus mengembang. 

Pengumuman   tim   Berkeley mengandung benih perdebatan baru bagi ahli astronomi dan   fisika   sedunia, karena pernyataan mereka bukan   kesimpulan langsung dari pengamatan, artinya mereka   tidak   melihat   langsung materi gelap melalui teleskop. Yang mereka amati adalah cahaya bintang-bintang di Ga­laksi Awan Magelan Besar --galaksi yang terdekat ke Galaksi Bima Sakti kita-- dan efek yang ditimbulkannya  ketika  memasuki ruang antar kedua galaksi itu.   Dan   efek   inilah   mereka sampai pada kesimpulan, penghuni antar galaksi itu materi ge­lap.  Tim Berkeley kelak tidak sendirian menghadapi pembantahan yang diramalkan segera terjadi. 

(b).  Pada   saat   yang   hampir sama rupanya tim astronom Perancis   merekam penomena yang serupa. Seperti  yang  diberitakan Majalah Time edisi (9/93), bahwa orang-orang Pe­rancis   ini   malah   lebih   yakin dan   mengatakan  telah   mene­mukan paling sedikit dua mate­ri gelap yang dikenal dengan nama  MACHO (massive   compact halo object ).

Menurut tim Perancis, MAC­HO --materi yang sudah 60 tahun dihipotesiskan sebagai penghuni ruang antargalaksi-- mempunyai dimensi lebih be­sar daripada planet Jupiter dan lebih kecil daripada sebuah bintang redup.

Meskipun sudah ada dukungan dari Perancis, Kim Griest yang fisikawan Universitas Ca­lifornia, Berkeley itu toh merasa perlu menjelaskan argumen mengapa mereka berani menyimpulkan bahwa MACHO itulah penghuni ruang antar ga­laksi yang diduga merupakan bagian terbesar sekitar 90% dari alam semesta.

*

Seperti yang dikutip Kantor Berita Reuters pekan lalu, Griest didampingi pimpinan proyek Bernard Sadoulet menjelaskan riwayat observasi me­reka pada sebuah pertemuan di Italia dua pekan silam.

Pertengahan tahun 1992, Griest dan kawan-kawan memulai sebuah proyek untuk mendaftarkan kelakuan cahaya bintang-bintang dari Galaksi Awan Magelan Besar. Kelompok Berkeley ini memilih Awan Magelan Besar semata-mata karena galaksi inilah yang terdekat ke Bima Sakti, tempat tata surya kita bermukim.

Hanya dalam  setahun, beberapa teloskop AS dan Australia yang dipakai dalam proyek ini berhasil mengumpulkan jutaan data intensitas cahaya bintang-bintang yang berada di galaksi tetangga itu, jutaan data ini lalu diolah dengan komputer.

Hasilnya?

Griest dan kawan-kawan menemukan, bintang-bintang tertentu memamerkan kelakuan yang menarik perhatian, bintang-bintang itu tiba-tiba sangat berbinar hanya beberapa saat untuk kemudian kembali ke intensitas normal.  Penjelasannya didasarkan kepada teori relativitas umum Einstein.

Menurut teori ini, ca­haya tak selamanya menjalar lurus. la bisa membelok kalau sedang mendekati sebuah benda bermassa besar.

Nah, teleskop yang tersebar di AS dan Australia, dalam proyek ini Berkeley itu, menangkap sinar bintang Awan Magelan Besar setelah sang si­nar menempuh ruang antargalaksi. Intensitas sinar beberapa bintang membesar karena, sesuai dengan relativitas umum Einstein, karena ia telah melewati benda bermassa besar yang berada di ruang antara Galaksi Bima Sakti dan Galaksi Awan Magelan Besar.

Barangkali Anda bertanya, apa hubungan intensitas mem­besar dengan  pembelokan  si­nar?  Ini mudah saja dijawab.

Menurut Einstein, gravitasi benda bermassa besar akan menolak atau membelokkan cahaya yang mendekatinya. Nah, ketika sinar bintang melewati MACHO, ia akan ditolak atau dibelokkan seluruh sisi MAC­HO. Setelah melewati MACHO, sinar yang dibelokkan itu kem­bali menyatu sampai menimbulkan interferensi yang saling menguatkan. Intensitasnya membesar sesaat. Setelah MACHO meninggalkan lintasan sinar sang bintang. sinar itu kembali tertangkap di Bumi dengan intensitas semula.

Tim Perancis dan tim Berke­ley sama-sama menggunakan argumen mi untuk menjelaskan eksistensi materi gelap, eksistensi MACHO setelah astronom Bohdan Paczynski dari Princeton mengatakan bahwa hanya dengan instrumen analitis, MACHO yang tak terlihat itu bisa dijelaskan oleh data data teleskop.

Akan tetapi masih tersisa sebuah pertanyaan. Andaikan benar ada materi bermassa besar di ruang antar galaksi. masuk kelompok manakah materi itu?, Bintang, atau Planet?.

Baik tim Berkeley maupun tim Perancis berpendapat, ma­teri itu bukan sebuah  bintang sebab ia tak dapat  dilihat de­ngan teleskop. Materi itu gelap yang dimensinya lebih besar daripada planet bahkan lebih besar daripada planet terbesar di tata surya –Jupiter-- tapi lebih kecil daripada sebuah bintang "Mungkin di antara Bima Sakti dan Awan Magelan Besar." tulis Majalah Time.    

"Terdapat 100.000.000.000 MACHO."

Yang pantas dicatat dari observasi  kedua tim ini, mereka yakin   akan   eksistensi   materi gelap setelah mempelajari jutaan observasi individual intensitas cahaya. "Perlu 2.000.000 ob­servasi   individual   bintang   di Awan Magelan Besar dibutuhkan untuk  meyakinkan eksistensi sebuah "MACHO" kata Griest.

Majalah Time agaknya benar ketika menganjurkan agar temuan dan kesimpulan Griest dan kawan-kawan ini janganlah dianggap hanya sebagai latihan intelektual saja, latihan mengasah otak, latihan untuk menjelaskan imajinasi.

MACHO sebagai obyek antariksa perlu dikaji betul untuk mengetahui masa depan jagat raya yang sedang mengembang ini. Soalnya, materi gelap inilah yang bertanggung jawab mengendalikan evolusi jagat raya. Jika materi gelap tak mampu menghasilkan gaya gravitasi yang signifikan untuk menahan laju ekspansi alam semesta, jagat raya ini akan terus mengembang tanpa batas. Jarak antargalaksi semakin jauh, bukan tak mungkin pula akibatnya. Bumi semakin jauh da­ri Matahari.

Sebaliknya, jika  ia  memproduksi gaya gravitasi yang   cukup untuk membendung pengernbangan alam semesta. MACHO-lah yang bertanggung jawab  membuat  alam  semesta mengerut sampai jarak sesama galaksi yang berjumlah 100.000.000.000 itu nol. Kiamat!.

Luar biasa, 90% kegelapan yang menguasai jagat raya instrumental menentukan apakah Bumi kiamat atau terus berlanjut. Untunglah, terang itu bercahaya di dalam kegelapan dan kegelapan pun itu tidak menguasainya. 

Catatan : Tulisan (2) ini diedit dan disarikan dari tulisan pada Kompas tanggal 3 Oktober 1993.  Memang arsip lama, tapi bandingkan dengan umur jagat raya).

Kita lanjutkan …

Efek Doppler

Bintang-bintang di dalam galaksi dalam keadaan berputar mengelilingi nukleus galaksi, oleh karena itu apabila kita amati dari bumi asal garis pandang dari bumi ke bintang (ke nukleus galaksi) saling membentuk sudut inklinasi lebih kecil dari 90" (< 90°), sehingga ada bagian gugus bintang yang arah edarnya berarah menjauhi bumi dan bagian gugus lain ada yang mendekati ke arah bumi.

Maka secara efek Doppler spektrum cahaya dari gugus bintang yang menjauhi bumi kita garis spektrumnya akan menggeser ke arah warna merah sebab panjang gelombangnya membesar jadi frekuensinya mengecil, sedang gugus bintang yang mendekati ke arah bumi panjang gelombang cahaya yang dipancarkan mengecil jadi frekuensinya membesar maka spektrum cahaya dari gugus bintang-bintang ini akan menggeser ke arah biru.

Galaksi-Galaksi Lainnya

Dengan mempergunakan teleskop 250 cm di Observatorium Mount Palomar, astronom Edwin Hubble (1942) memotret sebuah galaksi di rasi Andromeda yang kemudian terkenal dengan nama galaksi Andromeda, berjarak 2 juta tahun cahaya dari galaksi kita (Bimasakti/Milky way). Galaksi Andromeda merupakan galaksi luar (extragalaxy) pertama yang diketahui astronom. Sejak penemuannya, banyak studi dilakukan dalam mempelajari galaksi-galaksi di luar galaksi Bimasakti tempat kita berada.

Upaya para astronom mempelajari galaksi melalui pengamatan semenjak abad ke-18, telah melahirkan berbagai katalog benda-benda langit yang meliputi gugusan bintang termasuk didalamnya adalah galaksi.

Pada tahun 1888, J. L. E. Dreyer mempublikasikan New General Catalogue of nebulae and Clusters of Stars yang memuat 7840 objek langit. Katalog ini dilengkapi dengan suplemennya, Index Catalogues pada tahun 1895 dan 1908. Umumnya katalog tersebut mempergunakan notasi NGC atau 1C diikuti dengan nomor objek dalam daftar. Sebagai contoh, galaksi Andromeda diberi nomor katalogus NGC 224.

Ada banyak galaksi-galaksi dengan berbagai ragam bentuknya.  Hubble mengklasifikasikan galaksi-galaksi berdasarkan bentuknya dalam 3 kelompok utama, yaitu galaksi spiral, galaksi eliptik, dan galaksi tidak beraturan.

(a).  Galaksi Spiral (S).  Populasi galaksi berbentuk spiral ini yang terbanyak (80%). Galaksi ini memiliki struktur yang paling teratur dengan pusat, selubung bulat dan piringan dengan lengan spiral yang mengelilingi ekuator galaksi.  Variasi dari galaksi spiral adalah galaksi spiral berbatang (SB), dengan bentuk cerutu yang melintasi pusat dan di kedua ujunnya pola spiral menjuntai.

(b).  Galaksi Eliptik (E).  Galaksi dengan bentuk ini meliputi 17% dari seluruh populasi di alam semesta. Bentuknya lebih sederhana dibandingkan dengan galaksi spiral, karena hanya terdiri atas pusat dan selubung pipih.  kerapatan bintang lebih tinggi di pusat dibanding di tepiannya.

(c).  Galaksi Tidak Beraturan.  Sebanyak 3% dari galaksi yang teramati sejauh ini menunjukan bentuk yang tidak beraturan. Bentuknya lebih merupakan onggokan bintang dengan batas yang kurang jelas. Berbagai contoh nyata galaksi ini antara lain Awan Magellan kecil dan besar, tetangga galaksi kita Bimasakti.

Pola galaksi yang dirangkum dan diklasifikasikan oleh Hubble ditafsirkannya sebagai perjalanan evolusi galaksi di alam semesta dari bentuk yang awalnya sangat teratur menuju bentuk yang tidak beraturan.

Galaksi juga teramati  bergerombol di alam semesta kita Kumpulan galaksi seperti ini disebut sebagai cluster of galaxies yang mengandung puluhan hingga ribuan galaksi sebagai anggotanya.  Salah satu gugus galaksi yang terkenal dan sudah diamati Hubble adalah gugus Virgo. 

Beberapa gugus galaksi dengan Gugus dan (Jumlah Anggota) :  Virgo (25.000), Coma (1.000), Gemini (200), Bootes (150)

Gugus galaksi dapat membentuk sistem yang lebih besar lagi yakni Supercluster. Diameter supercluster dapat mencapai 10 - 20 juta parsek dengan jumlah anggota puluhan ribu galaksi.

Demikian pengetahuan mengenai alam kita, sampai bertemu lagi di topic lain.

Keterangan gambar : sebagai ilustrasi yang diambil dari internet.

Sumber a.l : Jagad Raya, Malasan HL & Tanudidjaja MH, Depdikbud, 1999.

Bacaan terkait lain  :

Pusat Jagat Raya