Massive artinya besar, kurang masif artinya kecil kan? Tidak sesederhana itu dalam hal bintang dan ukurannya. Jika kita membandingkan planet Bumi dengan Matahari, ternyata sangat mungkin menempatkan 109 planet kita di atas satu sama lain, hanya untuk membuka jalan dari satu ujung bintang ke ujung lainnya. Tapi ada bintang yang lebih kecil dari Bumi dan jauh lebih besar dari orbit Bumi mengelilingi Matahari. Bagaimana ini mungkin? Apa yang menentukan ukuran bintang? Mengapa "matahari" begitu berbeda?
Pertanyaannya tidak mudah, karena kita hampir tidak pernah melihat ukuran bintang.
Tampilan teleskopik bintang-bintang di langit malam dengan jelas menunjukkan bintang-bintang dengan berbagai ukuran dan kecerahan, tetapi semua bintang ditampilkan sebagai titik. Perbedaan ukuran tersebut merupakan ilusi optik yang berhubungan dengan saturasi kamera observasi
Bahkan di teleskop, kebanyakan bintang terlihat seperti titik cahaya sederhana karena jarak yang sangat jauh dari kita. Perbedaan warna dan kecerahannya mudah dilihat, tetapi ukurannya justru sebaliknya. Sebuah benda dengan ukuran tertentu pada jarak tertentu akan memiliki apa yang disebut diameter sudut: ukuran nyata yang ditempatinya di langit. Bintang terdekat dengan Matahari, Alpha Centauri A, hanya berjarak 4,3 tahun cahaya dan radius 22% lebih besar dari Matahari.
Dua bintang mirip matahari, Alpha Centauri A dan B, terletak hanya 4,37 tahun cahaya dari kita dan mengorbit satu sama lain pada jarak antara Saturnus dan Neptunus. Bahkan dalam gambar Hubble ini, mereka tampak sebagai sumber titik yang terlalu jenuh; tidak ada disk yang terlihat
Namun demikian, bagi kami tampaknya diameter sudutnya hanya 0,007 ”, atau sekon busur. Satu menit busur terdiri dari 60 detik busur; Busur 60 menit sama dengan 1 derajat, dan 360 derajat adalah lingkaran penuh. Bahkan teleskop seperti Hubble hanya dapat melihat 0,05 ” Hanya ada sedikit bintang di alam semesta yang bisa dilihat teleskop dalam resolusi yang layak. Biasanya, ini adalah bintang raksasa di dekatnya, seperti Betelgeuse atau R Doradus - bintang terbesar di seluruh langit dalam hal diameter sudut.
Gambar radio dari bintang Betelgeuse yang sangat, sangat besar. Salah satu dari sedikit bintang yang kami lihat lebih dari sekadar sumber titik dari Bumi
Untungnya, ada pengukuran tidak langsung yang memungkinkan kita menghitung ukuran fisik sebuah bintang, dan mereka sangat penuh harapan. Jika Anda memiliki benda bulat yang menjadi sangat panas sehingga memancarkan radiasi, jumlah total radiasi yang dipancarkan bintang ditentukan oleh dua parameter: suhu benda dan ukuran fisiknya. Alasannya adalah satu-satunya tempat yang memancarkan cahaya di Semesta adalah permukaan bintang, dan luas permukaan bola selalu dihitung dengan rumus yang sama: 4πr2, di mana r adalah jari-jari bola. Jika Anda dapat mengukur jarak ke bintang ini, suhu dan kecerahannya, Anda mengetahui jari-jarinya, dan ukurannya, hanya karena ini adalah hukum fisika.
Video promosi:
Bidikan close-up raksasa merah UY Scuti, diproses dengan teleskop Observatorium Rutherford. Bintang terang ini mungkin hanya "titik" bagi kebanyakan teleskop, tetapi sebenarnya bintang terbesar yang diketahui umat manusia.
Saat kami melakukan pengamatan, kami melihat bahwa beberapa bintang hanya berukuran beberapa puluh kilometer, sementara yang lain berukuran 1.500 kali Matahari. Di antara bintang super raksasa, yang terbesar adalah UY Scuti dengan diameter 2,4 miliar kilometer, yang lebih besar dari orbit Jupiter mengelilingi Matahari. Tentu saja, contoh bintang yang luar biasa ini tidak dapat dinilai secara mayoritas. Jenis bintang yang paling umum adalah bintang deret utama seperti Matahari kita: bintang yang terbuat dari hidrogen dan mendapatkan energinya dari sintesis hidrogen menjadi helium di intinya. Dan mereka datang dalam berbagai ukuran, bergantung pada massa bintang itu sendiri.
Wilayah pembentukan bintang muda di Bima Sakti kita. Saat awan gas dipadatkan oleh gravitasi, protobintang memanas dan menjadi lebih padat sampai akhirnya fusi dimulai di intinya.
Saat Anda membentuk bintang, kontraksi gravitasi mengubah energi potensial (energi potensial gravitasi) menjadi partikel kinetik (panas / gerak) di inti bintang. Jika massa cukup, suhunya akan menjadi cukup tinggi untuk memicu fusi nuklir di daerah terdalam, di mana inti hidrogen diubah menjadi helium dalam reaksi berantai. Dalam bintang bermassa rendah, hanya sebagian kecil dari pusatnya sendiri yang akan mencapai ambang 4.000.000 derajat dan fusi akan dimulai dan berlangsung perlahan. Di sisi lain, bintang terbesar bisa ratusan kali lebih masif dari Matahari dan mencapai suhu inti beberapa puluh juta derajat, menggabungkan hidrogen menjadi helium dengan kecepatan jutaan kali lebih cepat dari Matahari kita.
Sistem klasifikasi spektral Morgan-Keenan modern, dengan kisaran suhu setiap kelas bintang yang ditunjukkan di atas dalam Kelvin. Sebagian besar bintang (75%) adalah bintang kelas M, di mana hanya 1 dari 800 yang cukup masif untuk menjadi supernova
Bintang terkecil memiliki fluks eksternal dan tekanan radiasi terkecil, dan yang paling masif memiliki tekanan radiasi dan fluks terbesar. Radiasi dan energi eksternal ini menjaga bintang dari keruntuhan gravitasi, tetapi mungkin akan mengejutkan Anda bahwa kisarannya relatif sempit. Bintang terkecil, katai merah seperti Proxima Centauri dan VB 10, hanya berukuran 10% dari ukuran Matahari, sedikit lebih besar dari Jupiter. Tapi raksasa biru terbesar, R136a1, berukuran 250 kali massa Matahari, tetapi diameternya hanya 30 kali lebih besar. Jika Anda mensintesis hidrogen menjadi helium, ukuran bintang tidak akan banyak berubah.
Tetapi tidak setiap bintang mensintesis hidrogen menjadi helium. Bintang terkecil sama sekali tidak menyintesis, dan yang terbesar berada pada tahap yang jauh lebih energik dalam hidup mereka. Kita dapat memecah bintang menjadi beberapa jenis berdasarkan ukuran dan menyoroti lima kelas umum
Bintang neutron: Sisa-sisa supernova yang memiliki massa satu hingga tiga matahari, tetapi dimampatkan menjadi satu inti atom raksasa. Mereka masih memancarkan radiasi, tetapi dalam jumlah kecil karena ukurannya. Bintang neutron biasa berukuran 20-100 kilometer.
Bintang katai putih: Dibentuk ketika bintang mirip matahari membakar bahan bakar helium terakhir di intinya, dan lapisan luar membengkak saat lapisan dalam berkontraksi. Biasanya bintang katai putih memiliki massa 0,5 hingga 1,4 kali Matahari, tetapi dalam volume fisik bintang itu dekat dengan Bumi: lebarnya sekitar 10.000 kilometer, terdiri dari atom yang sangat terkompresi.
Bintang Urutan Utama: Ini termasuk katai merah, bintang seperti matahari, dan raksasa biru, yang telah kami sebutkan. Ukurannya sangat berbeda, dari 100.000 kilometer hingga 30.000.000 kilometer. Tetapi bahkan yang terbesar dari bintang-bintang ini, jika diletakkan di tempat Matahari, tidak akan menelan Merkurius.
Raksasa Merah: Menunjukkan apa yang terjadi ketika inti kehabisan hidrogen. Kecuali Anda adalah katai merah (dalam hal ini Anda hanya akan menjadi katai putih), kontraksi gravitasi akan memanaskan inti Anda cukup untuk mulai menggabungkan helium menjadi karbon. Fusi helium menjadi karbon mengeluarkan lebih banyak energi daripada fusi hidrogen menjadi helium, sehingga bintang berkembang pesat. Secara fisika, gaya keluar (radiasi) di tepi bintang harus menyeimbangkan gaya yang datang (gravitasi) agar bintang stabil, dan semakin besar gaya yang cenderung ke luar, semakin besar bintang itu. Raksasa merah biasanya berdiameter 100-150.000.000 kilometer. Itu cukup untuk menelan Merkurius, Venus, dan mungkin Bumi.
Bintang super raksasa: Bintang paling masif yang akhirnya memadukan helium dan mulai menggabungkan unsur-unsur yang lebih berat di intinya: karbon, oksigen, silikon, dan belerang. Bintang-bintang ini pasti akan menjadi supernova atau lubang hitam, tetapi sebelumnya mereka akan membengkak hingga miliaran kilometer atau lebih. Di antara mereka adalah bintang-bintang terbesar seperti Betelgeuse, dan jika kita menempatkan bintang seperti itu di tempat Matahari kita, itu akan menelan semua planet padat kita, sabuk asteroid, dan bahkan Jupiter.
Matahari masih tergolong kecil jika dibandingkan dengan raksasa, tetapi akan tumbuh sebesar Arcturus pada fase raksasa merahnya.
Untuk bintang terkecil, seperti bintang neutron dan katai putih, aturannya adalah energi yang terperangkap hanya dapat keluar melalui area permukaan kecil yang membuatnya tetap terang untuk waktu yang lama. Tetapi untuk semua bintang lainnya, ukurannya ditentukan oleh keseimbangan sederhana: kekuatan radiasi yang keluar di permukaan harus sama dengan gaya tarik gravitasi ke dalam. Gaya radiasi besar berarti bahwa bintang membengkak menjadi ukuran besar, dengan bintang terbesar membengkak hingga milyaran kilometer.
Bumi, jika perhitungannya benar, tidak akan ditelan Matahari dalam fase raksasa merah. Tapi planet itu sendiri akan menjadi sangat, sangat panas
Seiring bertambahnya usia matahari, intinya memanas, mengembang, dan semakin panas seiring waktu. Dalam satu hingga dua miliar tahun, suhu akan cukup panas untuk mendidihkan lautan di bumi jika kita tidak menempatkan planet ini ke orbit yang lebih aman. Dalam beberapa ratus juta tahun, Matahari akan menjadi besar dan cerah. Tapi mari kita hadapi itu: tidak peduli seberapa besar Matahari kita, ia tidak akan pernah menjadi lebih masif dari bintang neutron dan super raksasa terbesar, bahkan jika lebih besar.
ILYA KHEL
