Ditemukan Bintang Neutron Terbesar

Pulsar ini, yang disebut PSR J1614-2230, berputar 317 kali per detik, dan pendampingnya melengkapi orbitnya hanya di bawah sembilan hari.
 

Dengan menggunakan Teleskop Green Bank (GBT) National Science Foundation, para astronom telah menemukan bintang neutron paling masif yang pernah ditemukan, penemuan berdampak kuat dan luas di beberapa bidang fisika dan astrofisika.

“Bintang neutron itu dua kali lebih besar dari matahari kita. Ini mengejutkan, dan dengan banyaknya massa, itu artinya beberapa model teoritis komposisi internal bintang neutron saat ini dikesampingkan,” kata Paul Demorest, dari Observatorium Astronomi Radio Nasional (NRAO). “Pengukuran massa ini juga memiliki implikasi bagi pemahaman kita terhadap semua benda di kepadatan yang sangat tinggi dan terhadap banyaknya detail fisika nuklir,” tambahnya.

Bintang neutron merupakan “mayat” bintang masif super padat yang meledak sebagai supernova. Dengan semua massa yang dikemas ke dalam lingkup seukuran kota kecil, proton dan elektron akan saling menimpa menjadi neutron. Sebuah bintang neutron dapat beberapa kali lebih padat dari inti atom, dan sedikit saja bahan dari bintang neutron bisa berbobot lebih dari 500 juta ton. Kepadatan yang luar biasa ini membuat bintang neutron menjadi “laboratorium” alami yang ideal untuk mempelajari keadaan-keadaan materi paling padat dan eksotis yang diketahui fisika.

Getaran bintang neutron (belakang) melambat  ketika melintas di depan kurcaci putih. Efek ini memungkinkan para astronom untuk mengukur massa sistem. (Kredit: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF)

Para ilmuwan menggunakan pengaruh teori Albert Einstein tentang Relativitas Umum untuk mengukur massa bintang neutron dan pendamping yang mengorbitinya, sebuah bintang kurcaci putih. Bintang neutron adalah sebuah pulsar, memancarkan sinar gelombang radio mirip mercusuar yang menyapu melalui ruang saat berputar. Pulsar ini, yang disebut PSR J1614-2230, berputar 317 kali per detik, dan pendampingnya melengkapi orbitnya hanya di bawah sembilan hari. Pasangan ini, berjarak sekitar 3.000 tahun cahaya, berada dalam orbit yang hampir terlihat berada di tepian dari bumi. Orientasi itu merupakan kunci untuk membuat pengukuran massa.

Sebagaimana orbit membawa kurcaci putih langsung ke depan pulsar, gelombang radio dari pulsar yang mencapai bumi melakukan perjalanan yang sangat dekat dengan kurcaci putih. Bagian yang dekat ini menyebabkan kemunculan mereka tertunda akibat distorsi ruang-waktu yang dihasilkan gravitasi bintang kurcaci putih tersebut. Efek ini, yang disebut Delay Shapiro, memungkinkan para ilmuwan secara tepat mengukur massa dari kedua bintang.

“Kami sangat beruntung dengan sistem ini. Pulsar yang berputar cepat memberi kami sinyal untuk mengikutinya sepanjang lintasan, dan orbitnya yang terlihat di tepian hampir sempurna. Selain itu, bintang kurcaci putih sangat besar untuk sebuah bintang tipe seperti itu. Kombinasi unik untuk membuat Delay Shapiro jauh lebih kuat dan dengan demikian lebih mudah untuk mengukurnya,” kata Scott Ransom, yang juga berasal dari NRAO.

 Para astronom menggunakan instrumen digital baru yang disebut Green Bank Ultimate Pulsar Processing Instrument (GUPPI), yang dipasang pada GBT. Gunanya untuk mengikuti bintang-bintang biner melewati satu orbit lengkap di awal tahun ini. Penggunaan GUPPI meningkatkan kemampuan para astronom untuk menentukan waktu sinyal dari beberapa lipatan pulsar.

Para peneliti menduga bintang neutron itu memiliki sekitar satu setengah kali massa matahari. Sebaliknya, hasil observasi mengungkapkan, bahwa bintang itu memiliki massa dua kali lebih besar dari matahari. Dengan massa yang sedemikian banyak itu, mengubah pemahaman mereka tentang komposisi bintang neutron. Beberapa model teoritis mendalilkan bahwa, selain neutron, bintang-bintang seperti itu juga mengandung partikel subatomik eksotis tertentu lainnya yang disebut hyperons atau kondensasi kaon.

“Hasil kami mengesampingkan berbagai gagasan,” kata Ransom. Demorest dan Ransom, bersama dengan Tim Pennucci dari Universitas Virginia, Mallory Roberts dari Eureka Scientific, dan Jason Hessels dari Institut Astronomi Radio Belanda dan Universitas Amsterdam, melaporkan hasil mereka pada jurnal ilmiah Nature edisi 28 Oktober.

Hasil mereka memiliki implikasi lebih lanjut, diuraikan dalam sebuah makalah pendamping, dan dijadwalkan untuk publikasi di Astrophysical Journal Letters. “Pengukuran ini memberitahu kita bahwa jika ada quark di dalam inti bintang neutron, mereka tidak bisa ‘bebas’, melainkan secara kuat berinteraksi satu sama lain seperti yang mereka lakukan di dalam inti atom yang normal,” kata Feryal Ozel dari Universitas Arizona, penulis utama makalah kedua.

Masih ada beberapa hipotesis yang layak untuk komposisi internal bintang neutron, tetapi hasil barunya hanya sebatas pada komposisi, disertai dengan kepadatan maksimum materi dingin. Dampak ilmiah dari pengamatan GBT terbaru juga meluas ke bidang lain di luar karakteristik kepadatan ekstrem materi. Penjelasan terkemuka tentang penyebab satu jenis ledakan sinar gamma – semburan “berdurasi pendek” – adalah bahwa mereka disebabkan oleh bintang-bintang neutron yang bertabrakan. Kenyataan bahwa bintang-bintang neutron bisa memiliki besar seperti PSR-J1614 2230 membuat mekanisme ini menjadi layak bagi ledakan sinar gamma tersebut.

Tabrakan bintang neutron juga diharapkan dapat menghasilkan gelombang gravitasi yang merupakan target dari sejumlah observatorium yang beroperasi di Amerika Serikat dan Eropa. Para ilmuwan mengatakan, gelombang ini akan memberi tambahan informasi berharga tentang komposisi bintang neutron.

“Pulsar pada umumnya memberi kita kesempatan besar untuk mempelajari fisika eksotis, dan sistem ini merupakan laboratorium fantastis di sana, memberi kita informasi berharga dengan implikasi yang luas,” jelas Ransom. “Sungguh menakjubkan bagi saya bahwa salah satu bilangan sederhana – massa bintang neutron – dapat memberitahu kita banyak hal tentang begitu banyaknya aspek yang berbeda dari ilmu fisika dan astronomi,” tambahnya.

Observatorium Astronomi Radio Nasional merupakan fasilitas dari National Science Foundation, beroperasi di bawah perjanjian kerjasama dengan Asosiasi Universitas, Inc.

Sumber Artikel: nrao.edu
Referensi Jurnal:
P. B. Demorest, T. Pennucci, S. M. Ransom, M. S. E. Roberts, J. W. T. Hessels. A two-solar-mass neutron star measured using Shapiro delay. Nature, 2010; 467 (7319): 1081