Supernova

Untuk seri novel dengan nama yang sama, lihat Supernova (novel), lihat Supernova (disambiguasi).

Supernova (jamak Supernovae) atau adinaya adalah ledakan yang sangat energik dari suatu bintang besar dan masif yang berada di titik tertentu dalam siklus hidupnya, yang disebabkan oleh keruntuhan inti gravitasi di mana dapat memancarkan energi lebih banyak daripada nova dan kecerahannya dapat bertahan hingga beberapa bulan. Ini biasanya terjadi ketika fusi nuklirnya tidak dapat menahan inti dari gravitasinya sendiri dan akhirnya inti runtuh dan meledak. Peristiwa supernova ini menandai berakhirnya riwayat suatu bintang. Supernova adalah objek sementara. Bintang yang mengalami supernova akan tampak sangat cemerlang dan bahkan kecemerlangannya bisa mencapai satu miliar kali cahaya semula bintang tersebut (yang dapat mengungguli seluruh galaksi), setelah beberapa minggu akhirnya meredup, dan lenyap. Karena alasan ini, benda-benda tersebut sulit untuk diamati dan dipelajari, para astronom kini telah membuat pencarian supernova yang didedikasikan untuk mencari supernova baru dan memperoleh pengamatan yang cepat dan ekstensif. Beberapa minggu atau bulan sebelum suatu bintang mengalami supernova, bintang tersebut akan melepaskan energi yang setara dengan energi matahari yang dilepaskan matahari seumur hidupnya, ledakan ini meruntuhkan sebagian besar material bintang dengan kecepatan 10.000 - 30.000 km/s (beberapa hingga 10% tahun cahaya) dan melepaskan gelombang kejut yang mampu memusnahkan medium antarbintang. Ini menyapu cangkang gas dan debu yang mengambang, yang dikenal sebagai sisa supernova. Supernova dapat secara singkat mengungguli seluruh galaksi dan memancarkan lebih banyak energi daripada Matahari kita seumur hidupnya. Help me Para astronom membagi supernova menjadi 2 jenis utama, Tipe I dan II tergantung pada kurva cahaya dan sifat spektrumnya, baik menghentikan atau mengaktifkan produksi energi melalui fusi nuklir. Supernova tipe I kemungkinan besar bisa terbentuk sebagai katai putih yang mencuri gas panas dari bintang pendampingnya. Jika cukup banyak gas yang menumpuk di permukaan katai putih, ledakan termonuklir yang tak terkendali akan menghancurkan bintang itu berkeping-keping tanpa meninggalkan apapun. Ini adalah supernova paling terang, dan dapat mengukur jarak ke galaksi lain. Supernova tipe II adalah tahap terakhir dalam evolusi bintang masif tua yang setidaknya 8 kali lebih masif dari Matahari yang runtuh. Bintang seperti itu mencapai titik di mana ia tidak dapat lagi menghasilkan energi nuklir di intinya. Tanpa tekanan luar yang diciptakan energi ini, gravitasi menang dan menyebabkan inti bintang runtuh. Perbedaan di antara keduanya adalah supernova tipe I tidak memiliki garis hidrogen dalam spektrumnya, sementara supernova tipe II memiliki garis hidrogennya. Setelah inti bintang yang sudah tua berhenti menghasilkan energi, maka bintang tersebut akan mengalami keruntuhan gravitasi secara tiba-tiba dan meninggalkan sisa supernova, bintang berukuran sedang (antara dua hingga massa matahari) akan menjadi bintang neutron yang sangat padat, dan jika massa yang tersisa cukup besar (lebih dari lima kali massa matahari) sehingga gravitasi meruntuhkan inti hingga menjadi lubang hitam, dan melepaskan energi potensial gravitasi yang memanaskan dan menghancurkan lapisan terluar bintang. Bintang yang lebih kecil (yang ukurannya serupa dengan Matahari) akan menjadi katai putih.

Supernova 1987A yang terjadi di Awan Magellan Besar. Tanda panah di bagian kanan menunjukkan bintang sebelum meledak.

Sisa-sisa supernova 1987A di Nebula Tarantula, Awan Magellan Besar.

Rata-rata supernova terjadi setiap 50 tahun sekali di galaksi seukuran galaksi Bima Sakti. Supernova memiliki peran dalam memperkaya medium antarbintang dengan elemen-elemen massa yang lebih besar. Kemudian, gelombang kejut dari ledakan supernova dapat membentuk formasi bintang baru.

Jenis-jenis supernova

Supernova Kepler.

Berdasarkan garis spektrum pada supernova, maka terbagi menjadi beberapa jenis supernova:

• Supernova tipe I: Pada supernova tipe I tidak memiliki tanda hidrogen dalam spektrum cahayanya.
  • Supernova tipe Ia: Pada supernova ini, tidak ditemukan adanya garis spektrum hidrogen saat pengamatan. Supernova tipe Ia umumnya disebabkan berasal dari katai putih dari sistem bintang dekat. Saat gas dari bintang pendamping terakumulasi ke katai putih, katai putih secara bertahap terkompresi, dan akhirnya memicu reaksi nuklir yang tak terkendali di dalam yang akhirnya menyebabkan ledakan supernova dahsyat.
  • Supernova tipe Ib/c: Pada supernova ini, tidak ditemukan adanya garis spektrum hidrogen ataupun helium saat pengamatan. Supernova tipe Ib/Ic juga mengalami keruntuhan inti seperti halnya supernova tipe II, tetapi mereka telah kehilangan sebagian besar selubung hidrogen luarnya.
• Supernova tipe II: Pada supernova ini, ditemukan adanya garis spektrum Hidrogen saat pengamatan. Agar sebuah bintang menjadi supernova tipe II, ia harus beberapa kali lebih masif dari matahari (perkiraan berkisar antara delapan hingga 15 massa matahari). Unsur-unsur lebih berat menumpuk dan berkumpul seperti bawang, inti memanas dan memadat. Akhirnya, bintang meledak dan materi bintang terpantul dari inti dan meluncur ke angkasa. Yang tersisa adalah objek sangat padat bernama bintang neutron.
• Supernova super-bercahaya: Ini adalah jenis supernova langka dan dapat menghasilkan kecerahan 10 hingga 100 kali supernova biasa.
• Hipernova: Supernova tipe ini melepaskan energi yang amat besar saat meledak. Energi ini jauh lebih besar dibandingkan energi saat supernova tipe yang lain terjadi.

Berdasarkan pada sumber energi supernova, maka didapatkan jenis supernova sebagai berikut.

• Supernova termonuklir (thermonuclear supernovae):
  • Berasal dari bintang yang memiliki massa yang kecil.
  • Berasal dari bintang yang telah berevolusi lanjut.
  • Bintang yang meledak merupakan anggota dari sistem bintang ganda.
  • Ledakan menghancurkan bintang tanpa sisa.
  • Energi ledakan berasal dari pembakaran karbon (C) dan oksigen (O).
• Supernova runtuh-inti (core-collapse supernovae):
  • Berasal dari bintang yang memiliki massa besar.
  • Berasal dari bintang yang memiliki selubung bintang yang besar dan masih membakar Hidrogen di dalamnya.
  • Bintang yang meledak merupakan bintang tunggal (seperti Supernova Tipe II), dan bintang ganda (seperti supernova Tipe Ib/c).
  • Ledakan bintang menghasilkan objek mampat berupa bintang neutron ataupun lubang hitam (black hole).
  • Energi ledakan berasal dari tekanan.

Penyebab, tahapan, dan pembentukan

Supernova terjadi ketika ada perubahan pada inti, atau pusat dari suatu bintang masif. Perubahan dalam inti yang dapat terjadi dalam dua cara berbeda, dengan keduanya menghasilkan supernova.

Jenis supernova pertama terjadi dalam sistem biner. Bintang biner adalah dua bintang yang mengorbit satu sama lain pada titik yang sama. Setidaknya salah satu bintang adalah katai putih seukuran Bumi, jika satu katai putih bertabrakan dengan yang lain atau mencuri materi dari bintang pendampingnya, akhirnya katai putih karbon-oksigen terlalu banyak menyimpan materi. Terlalu banyak materi menyebabkan bintang meledak, menghasilkan supernova.

Jenis supernova kedua terjadi pada akhir masa hidup suatu bintang. Ini terjadi ketika sebuah bintang setidaknya 5 kali massa matahari meledak. Bintang masif membakar sejumlah besar bahan bakar nuklir di inti atau pusatnya. Ini menghasilkan banyak energi, sehingga intinya menjadi sangat panas. Panas menghasilkan tekanan, dan tekanan yang diciptakan oleh pembakaran nuklir bintang juga mencegah bintang itu runtuh.

Sebuah bintang berada di antara dua keseimbangan antara dua gaya yang berlawanan: gravitasi yang mencoba membuatnya runtuh ke dalam dan tekanan termal fusi nuklir yang memberikan tekanan ke luar. Sepanjang waktu, saat bintang terus hidup dan terbakar, dan kemungkinan memperoleh materi baru seiring berjalannya waktu, ada interaksi antara tekanan luar dari reaksi termal, dan tekanan ke dalam bintang itu sendiri. Gravitasi bintang mencoba menekan bintang tersebut menjadi bola sekecil mungkin. Tetapi bahan bakar nuklir yang terbakar di inti bintang menyebabkan tekanan luar yang kuat. Dorongan luar ini menahan tekanan gravitasi ke dalam.

Saat bintang terbakar selama miliaran tahun, Hidrogen di inti mulai habis dan mulai membakar helium, menjadi unsur yang lebih berat dan lebih berat yang kemudian menghasilkan litium, oksigen, hingga besi, yang membuat inti semakin padat tekanan luar itu menjadi lemah, sementara besarnya gaya gravitasi semakin kuat, reaksi fusi menghasilkan lebih sedikit energi. Saat bintang kehabisan bahan bakar nuklir, ia mendingin dan sebagian massanya mengalir ke intinya, hal yang dilakukan semua bintang adalah melawan gravitasi, tekanan degenerasi elektron. Ketika inti mencapai kepadatan kritis 1,4 massa matahari, yang dikenal sebagai batas Chandrasekhar. Gravitasi menang, dan akhirnya tiba-tiba bintang itu runtuh dalam hitungan detik, dengan cepat diikuti oleh lapisan luar gas yang mengalir masuk secepat 25% kecepatan cahaya. Elektron dan proton bergabung menjadi neutron, mengirimkan sejumlah besar neutrino. Inti terus runtuh sampai perlawanan antara partikel atom menghentikannya dari keruntuhan lebih jauh. Semua sekarang terkumpul rapat, menciptakan permukaan padat. Biasanya, bola yang padat ini tetap sebagai bintang neutron, tetapi jika intinya cukup masif maka ia dapat runtuh lebih jauh, menciptakan lubang hitam. Keruntuhan gravitasi ini menghasilkan sejumlah besar energi, lebih dari 100 kali lipat dari radiasi matahari kita selama 10 miliar tahun masa hidupnya dan meledakkan lapisan luar bintang ke luar angkasa. Akhirnya, inti tersebut menjadi sangat berat sehingga tidak dapat menahan gaya gravitasinya sendiri. Intinya runtuh, menyebabkan supernova raksasa.

Urutan kejadian terjadinya supernova adalah sebagai berikut:

• Pembengkakan

Bintang membengkak karena mengangkat inti Helium di dalamnya ke permukaan. Sehingga bintang akan menjadi sebuah bintang raksasa yang amat besar, dan berwarna merah. Di bagian dalamnya, inti bintang akan semakin menyusut. Dikarenakan penyusutan ini, maka bintang semakin panas dan padat.

• Inti besi

Saat semua bagian inti bintang telah hilang, dan yang tertinggal di dalam hanyalah unsur besi, maka kurang dari satu detik kemudian suatu bintang memasuki tahap akhir dari kehancurannya. Ini dikarenakan struktur nuklir besi tidak memungkinkan atom-atom dalam bintang untuk melakukan reaksi fusi untuk menjadi elemen yang lebih berat.

• Peledakan

Pada tahap ini, suhu pada inti bintang semakin bertambah hingga mencapai 100 miliar °C. Kemudian energi dari inti ini ditransfer menyelimuti bintang yang kemudian meledak dan menyebarkan gelombang kejut. Saat gelombang ini menerpa material pada lapisan luar bintang, maka material tersebut menjadi panas. Pada suhu tertentu, material ini berfusi dan menjadi elemen-elemen baru dan isotop-isotop radioaktif.

• Pelontaran

Gelombang kejut akan melontarkan material-material bintang ke ruang angkasa.

Sementara itu, saat bintang berukuran kecil dan mendingin, potensi gravitasi mendominasi, tetapi karena ia adalah bintang yang cukup kecil, potensi tersebut terlalu lemah untuk melakukan lebih dari sekadar terus menyatukan bintang. Bintang yang didinginkan dengan aman ini disebut katai putih. Ambang batas massa di bawah bintang yang tidak akan gaya gravitasi yang cukup untuk menghasilkan supernova disebut Batas Chandrasekhar, yang terletak sekitar 1,4 massa matahari. Tetapi, jika katai putih memperoleh massa yang cukup untuk menciptakan tekanan pada inti, dan memadukan karbon atau oksigen (sebagai lawan hidrogen dan helium), menyebabkan reaksi fusi tak terduga dan menyebabkan bintang meledak, dan terjadilah supernova tipe Ia. Di sisi lain, jika inti katai putih terbuat dari neon, maka inti itu akan runtuh. Keruntuhan inti juga menghasilkan ledakan bintang yang meninggalkan bintang neutron. Itu akan terjadi jika katai putih melewati batas Chandrasekhar.

Mekanisme fisik

Terdapat dua mekanisme fisik dalam supernova: ledakan nuklir dan keruntuhan inti.

Supernova runtuh-inti

Supernova runtuh-inti (CCSNe; CCSN; CC-SNe) adalah ledakan drmatis bintang-bintang raksasa di akhir evolusi termonuklirnya yang melahirkan lubang hitam bintang neutron setelah kehabisan bahan bakar dan secara intrisik merupakan jenis ledakan kosmik bencana yang paling umum. Sebagian besar energi CCSN (dengan urutan 10e⁵³ erg, yaitu 10e⁴⁶ J) dilepaskan dalam bentuk neutrino; ~1% energi digunakan untuk mempercepat ejekta (energi kinetik), dan hanya ~0,01% yang diubah menjadi radiasi elektromagnetik. Supernova runtuh-inti selalu menunjukkan tanda-tanda anisotropi, mulai dari gangguan kecil pada kecepatan/kerapatan/komposisi kimia ejejta, hingga struktur seperti jet yang masif dan energik.

Supernova runtuh-inti terjadi ketika sebuah bintang masif mencoba melebur besi di intinya, karena peleburan besi membutuhkan energi, dan inti tiba-tiba runtuh karena gravitasinya. Ledakan supernova runtuh-inti bergantung pada rangkaian peristiwa yang terjadi kurang dari satu detik di wilayah beberapa ratus di kilometer di pusat bintang super raksasa, setelah inti bintang mendekati batas Chandrasekhar dan runtuh menjadi proto bintang neutron, dan sebelum gelombang kejut diluncurkan melintasi selubung bintang dan juga gelombang gravitasi. Namun, tidak semua bintang masif meledak sebagai supernova runtuh-inti, sebagian mungkin akan meledak senagai Supernova gagal. CCSNe menghasilkan sebagian besar materi di alam semesta lebih berat dari hidrogen dan helium.

Banyak fisika menarik terjadi ketika inti semacam itu runtuh, tetapi menghasilkan bintang neutron atau lubang hitam, dan sejumlah besar energi dihasilkan gravitasi, tetapi peran relatif neutrino, ketidakstabilan fluida, rotasi dan medan magnet meski masih diperdebatkan, yang secara sensitif bergantung pada hidrodinamika radiasi kompleks di wilayah pasca-guncangan. Supernova ini bisa dari tipe mana saja, kecuali sub tipe I (disebut supernova tipe Ia). Mereka juga menghasilkan ledakan sinar gamma panjang (GRB).

Ledakan nuklir atau termonuklir

Ledakan nuklir atau termonuklir terjadi, ketika dua bintang neutron, ~ lubang hitam bermassa matahari dan bintang neutron bergabung atau antar katai putih - sebagai akibat dari hilangnya energi orbital karena radiasi gelombang gravitasi - ledakan intens hasil dari sinar gamma, bersama dengan bola api dan sisa cahaya. Supernova yang paling banyak dipelajari dalam jenis ini adalah supernova tipe Ia (SNe Ia). Mekanisme utama SNe ini adalah ledakan termonuklir bintang katai putih akibat evolusi bintang bermassa rendah di sistem biner terdekat yang melewati batas Chandrasekhar atau penggabungan katai putih, meski memiliki keragaman dalam mekanismenya. Supernova termonuklir biasanya menghasilkan radiasi elektromagnetik dan neutrino. Berbeda dengan CCSNe, termonuklir memiliki sinyal neutrino yang kuat.

Dampak dari supernova

Secara umum, supernova dapat menimbulkan kehancuran total pada objek yang berada pada jarak 100 tahun cahaya dari peristiwa. Tetapi supernova juga merupakan jenis peristiwa terpenting untuk perkembangan materi, kompleks, dan selanjutnya kehidupan. Supernova memiliki dampak bagi kehidupan di luar bintang tersebut, di antaranya:

• Menghasilkan berbagai bahan kimia

Pada inti bintang, terjadi reaksi fusi nuklir. Pada reaksi ini dilahirkan unsur-unsur yang lebih berat dari Hidrogen dan Helium. Saat supernova terjadi, unsur-unsur ini dilontarkan keluar bintang dan memperkaya awan antar bintang di sekitarnya dengan unsur-unsur berat. Gelombang kejut yang dihasilkan supernova memampatkan material yang dilewatinya dan merupakan satu-satunya tempat di mana banyak elemen seperti karbon, oksigen, nitrogen, silikon, seng, perak, timah, emas, merkuri, timbal dan uranium dan besi diproduksi. Selama beberapa bulan, gas mendingin dan meredup dalam kecerahan dan bergabung dengan puing-puing ruang antarbintang. Puing-puing memiliki semua elemen yang tercipta dalam inti bintang. Jutaan atau miliaran tahun ke depan, puing-puing ini mungkin saja bergabung membentuk bintang baru.

• Menciptakan kehidupan di alam semesta

Supernova melontarkan unsur-unsur tertentu ke ruang angkasa. Unsur-unsur ini kemudian berpindah ke bagian-bagian lain yang jauh dari bintang yang meledak tersebut. Diasumsikan bahwa unsur atau materi tersebut kemudian bergabung membentuk suatu bintang baru atau bahkan planet di alam semesta. Faktanya bahwa Bumi mengandung unsur-unsur yang hanya diproduksi dalam supernova adalah bukti bahwa tata surya, planet, dan benda-benda kita mengandung materi yang telah lama diproduksi oleh supernova.

Efeknya pada Bumi

Bumi memang memiliki jejak supernova masa lalu. Jejak besi radioaktif-60, indikator kuat puing-puing supernova, terkubur di dasar laut tepat di seluruh dunia.

"Gelembung lokal" adalah wilayah pembengkakan gas panas, berukuran 600 tahun cahaya. Itu mengelilingi Tata Surya dan mendominasi lingkungan bintang kita. Itu dibentuk oleh selusin supernova yang meledak di gumpalan bintang yang bergerak di dekatnya. Ini terjadi 2,3 dan 1,5 juta tahun yang lalu. Ini kira-kira sesuai dengan dimulainya zaman es Pleistosen. Hubungan mungkin tidak sengaja.

Peristiwa supernova yang teramati

Berkas:Supernova 1994D.jpg

Supernova 1994D.

Sebuah supernova 1998bw.

Ada satu bintang yang melakukan supernova di ruang angkasa tiap satu detik kehidupan di bumi. Di galaksi kita sendiri, Bima Sakti, supernova terakhir terjadi pada tahun 1604. Kita juga bisa melihat supernova di galaksi lain. Setiap tahun kita melihat 300 supernova di galaksi lain, karena ada begitu banyak galaksi. Hanya saja, untuk menemukan bintang yang akan melakukan supernova tersebut amatlah sulit. Banyak faktor yang memengaruhi dalam pengamatan supernova. Walaupun begitu, ada beberapa peristiwa supernova yang telah teramati oleh manusia, di antaranya:

• Supernova 1987A (SN 1987A)

SN 1987A, sebuah supernova yang meledak dengan kekuatan 100 juta kali matahari di Awan Magellan Besar dan merupakan supernova terdekat sejak supernova Kepler.

• Supernova 1994D (SN 1994D)

Dahulu kala, sebuah bintang meledak di tempat yang amat jauh dari bumi. Ledakan itu tampak seperti sebuah titik terang. Ini terjadi di bagian luar dari galaksi NGC 4526, dan dinamakan Supernova 1994D. Sinar yang dipancarkannya selama beberapa minggu setelah ledakan tersebut menunjukkan bahwa supernova tersebut merupakan Supernova Tipe Ia.

• Supernova 1998bw (SN 1998bw)

SN 1998bw, sebuah supernova Ic yang meledak di galaksi ESO 184-G82 yang disertai dengan semburan sinar gamma sehari setelahnya. Ini adalah jenis supernova paling kuat, hipernova.

• Supernova 2018cow (SN 2018cow)

SN 2018cow, sebuah ledakan kosmik yang terjadi di rasi bintang Hercules. Sumber sinar-X cerah terpancar dan diidentifikasi bukan merupakan supernova.

Bacaan lanjutan

• Branch, D.; Wheeler, J. C. (2017). Supernova Explosions. [Springer]. ISBN 978-3-662-55052-6.  A research-level book, 721 pages
• "Introduction to Supernova Remnants". NASA/GSFC. 2007-10-04. Diakses tanggal 2011-03-15. 
• Bethe, H. A. (1990). "Supernovae". Physics Today. 43 (9): 736–739. Bibcode:1990PhT....43i..24B. doi:10.1063/1.881256. 
• Croswell, K. (1996). The Alchemy of the Heavens: Searching for Meaning in the Milky Way. Anchor Books. ISBN 978-0-385-47214-2.  A popular-science account.
• Filippenko, A. V. (1997). "Optical Spectra of Supernovae". Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 35: 309–355. Bibcode:1997ARA&A..35..309F. doi:10.1146/annurev.astro.35.1.309.  An article describing spectral classes of supernovae.
• Takahashi, K.; Sato, K.; Burrows, A.; Thompson, T. A. (2003). "Supernova Neutrinos, Neutrino Oscillations, and the Mass of the Progenitor Star". Physical Review D. 68 (11): 77–81. arXiv:hep-ph/0306056 . Bibcode:2003PhRvD..68k3009T. doi:10.1103/PhysRevD.68.113009.  A good review of supernova events.
• Hillebrandt, W.; Janka, H.-T.; Müller, E. (2006). "How to Blow Up a Star". Scientific American. 295 (4): 42–49. Bibcode:2006SciAm.295d..42H. doi:10.1038/scientificamerican1006-42. PMID 16989479. 
• Woosley, S. E.; Janka, H.-T. (2005). "The Physics of Core-Collapse Supernovae". Nature Physics. 1 (3): 147–154. arXiv:astro-ph/0601261 . Bibcode:2005NatPh...1..147W. CiteSeerX 10.1.1.336.2176 . doi:10.1038/nphys172. 

Pranala luar

• "RSS news feed" (RSS). The Astronomer's Telegram. Diakses tanggal 2006-11-28. 
• Tsvetkov, D. Yu.; Pavlyuk, N. N.; Bartunov, O. S.; Pskovskii, Y. P. "Sternberg Astronomical Institute Supernova Catalogue". Sternberg Astronomical Institute, Moscow University. Diakses tanggal 2006-11-28.  A searchable catalog.
• "The Open Supernova Catalog". Diakses tanggal 2016-02-02.  An open-access catalog of supernova light curves and spectra.
• "List of Supernovae with IAU Designations". IAU: Central Bureau for Astronomical Telegrams. Diakses tanggal 2010-10-25. 
• Overbye, D. (2008-05-21). "Scientists See Supernova in Action". The New York Times. Diakses tanggal 2008-05-21. 
• "How to blow up a star". Elizabeth Gibney. Nature. 2018-04-18. Diakses tanggal 2018-04-20.