BINTANG GALAKSI Pembangkitan Energi Klasifikasi Bintang Kelas spektrum

BINTANG & GALAKSI Pembangkitan Energi • Klasifikasi Bintang: Kelas spektrum & luminositas • Bintang Ganda • Asal – Usul dan Tipe Galaksi • Kompetensi Dasar: Memahami konsep bintang & galaksi Judhistira Aria Utama, M. Si. Lab. Bumi & Antariksa Jur. Pendidikan Fisika FPMIPA UPI

Pembangkitan Energi Bintang-bintang terbentuk dari keruntuhan material di bawah pengaruh gravitasi. Berapa lama energi potensial gravitasi mampu mensuplai energi yang membuat bintang tetap bersinar (gravitational lifetime)? Energi potensial gravitasi bola homogen bermassa M dengan radius R dan Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 2

Kala hidup = Energi yang disimpan : Laju energi yang dipancarkan Kala hidup yang diperoleh disebut sebagai Kelvin time. Bagaimana dengan usia temuan fosil/batuan? Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 3

Sumber energi alternatif reaksi kimia. Energi total = Energi dari total atom di dalam bintang Apa unsur yang paling banyak di bintang– bintang? Dengan menganggap setiap atom menyum-bang 1 e. V energi, maka: Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 4

Solusi bagi sumber energi di bintang-bintang reaksi nuklir. Ragam reaksi nuklir: * Reaksi peluruhan Pemancaran partikel ( , , dan ) * Reaksi fisi Pembentukan unsur-unsur ringan dari unsur berat * Reaksi fusi Pembentukan unsur berat dari unsur-unsur ringan Reaksi fusi: unsur-unsur ringan tersedia melimpah Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 5 sulit dimulai

Untuk bintang-bintang yang masih berada di deret utama (main sequence), sumber utama energinya konversi 1 H 1 menjadi 4 He. 2 Jenis reaksi fusi nuklir untuk bintang-bintang seperti Matahari adalah reaksi proton – proton. Reaksi 4 He 2. netto mengubah 4 1 H 1 menjadi 1 Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 6

Defek massa: Hanya 0, 7% dari massa masing-masing proton yang dikonversi menjadi energi Energi yang dibangkitkan: Kala hidup bintang: Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 7

Latihan Jika hanya 10% dari massa Matahari (1, 99 x 1030 kg) yang berada di pusat bintang yang memiliki temperatur tinggi bagi berlangsungnya reaksi nuklir, taksirlah kala hidup Matahari yang diperoleh dari reaksi nuklir tersebut! Petunjuk: d. E/dt = Luminositas = 4 R 2 Tef 4, Radius Matahari = 696. 000 km Temperatur efektif Matahari = 5800 K Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 8

Klasifikasi Bintang Spektrum bintang berbeda antara satu dengan lainnya Bagaimana pembentukan spektrum bintang? Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 9

Hukum Kirchoff tentang Pembentukan Spektrum Bintang Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 10

Klasifikasi Spektrum Bintang Klasifikasi spektrum bintang yang sekarang digunakan merupakan karya Miss Cannon yang merupakan perbaikan dari klasifikasi Miss Maury. Klasifikasi Miss Annie J. Cannon: OBAFGKM A. J. Cannon (1863 – 1941) Oh, Be, A, Fine, Girl, Kiss, Me Oh, Be, A, Fine, Guy, Kiss, Me Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 11

Subkelas Klasifikasi spektrum bintang O, B, A, F, G, K, M masih dapat dibagi lagi ke dalam sub-subkelas, yaitu: O 0, O 1, O 2, O 3, ………, O 9 B 0, B 1, B 2, B 3, . . , B 9 A 0, A 1, A 2, A 3, . . . ………, A 9 F 0, F 1, F 2, F 3, …………. . , F 9 dst M 0, M 1, M 2, M 3, ………. . . , M 9 Spektrum bintang berbeda antara satu dengan lainnya Perbedaan komposisi kimia Perbedaan temperatur permukaan Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 12

Klasifikasi Luminositas Bintang dalam kelas spektrum tertentu ternyata dapat mempunyai luminositas yang berbeda. Pada tahun 1913, Adam dan Kohlscutter di Observatorium Mount Wilson menunjukkan ketebalan beberapa garis spektrum dapat digunakan untuk menentukan luminositas bintang. Berdasarkan hal ini, pada tahun 1943 Morgan dan Keenan dari Observatorium Yerkes membagi bintang dalam kelas Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 luminositas yaitu: 13

Kelas Luminositas Bintang (Kelas MK) Kelas Ia Kelas Ib Maharaksasa yang sangat terang Maharaksasa yang kurang terang Kelas II Raksasa yang terang Kelas III Raksasa Kelas IV Subraksasa Kelas V Deret utama Kelas luminositas bintang dari Morgan-Keenan (MK) digambarkan dalam diagram Hertzprung-Russell (diagram HR). Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 14

Simulator Ragam Spektrum Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 15

Simulator Diagram HR Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 16

Bagaimana Menghitung Luminositas? Judhistira Aria Utama | TA 2009 - 2010 17

Klasifikasi spektrum bintang sekarang ini merupakan penggabungan dari kelas spektrum dan kelas luminositas. Contoh: G 2 V : Bintang deret utama kelas spektrum G 2 Ia : Bintang maharaksasa yang sangat terang kelas spektrum G 2 B 5 III : Bintang raksasa kelas spektrum B 5 IV : Bintang subraksasa kelas spektrum B 5 Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 18

H Hδ Hγ Hβ H O 5 V B 0 V B 5 V A 1 V A 5 V F 0 V F 5 V G 0 V G 4 V K 0 V K 5 V M 0 V M 5 V Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 19

Bintang Ganda Bintang ganda (binary stars) adalah dua buah bintang yang terikat satu sama lain di bawah pengaruh interaksi gravitasi bersama. Apabila sistem bintang ini lebih dari dua, maka disebut sebagai bintang majemuk (multiple stars). Bintang sekunder Periastron Bintang primer Apastron Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 20

Dalam gerak orbitnya, kedua komponen bintang ganda bergerak mengitari pusat massa sistem dalam lintasan yang berupa elips dengan titik pusat massa berada di titik fokus elips orbit tersebut. Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 21

bidang langit utara Komponen orbit bintang ganda Garis node: garis potong antara bidang orbit dengan bidang langit yang melewati titik fokus elips. periastron garis node i pengamat ω Ω titik fokus a rbit bidang o i = inklinasi bidang orbit terhadap bidang langit = kedudukan garis node (sudut di bidang langit dari utara ke garis node) a = setengah sumbu panjang ω = bujur periastron (sudut di bidang orbit dari garis node ke periastron Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 22

T = saat bintang melewati periastron e = eksentrisitas P = periode orbit atau kalaedar Jenis bintang ganda: * Bintang ganda visual * Bintang ganda astrometri * Bintang ganda spektroskopi * Bintang ganda gerhana Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 23

Bintang ganda visual Kedua komponen bintang ganda dapat teramati dengan mudah dengan bantuan teleskop. Jarak pisah antarkomponen relatif besar periode orbit puluhan hingga ratusan tahun. Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 24

Bintang ganda gerhana Terjadi penggerhanaan antarkomponen secara periodik yang diketahui dari perubahan kecerahan/terang bintang secara berkala. Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 25

Bintang ganda astrometri Salah satu komponen bintang ganda tidak dapat diamati karena jauh lebih redup daripada pa-sangannya. Bagaimana mengeta-hui kalau objek ini merupakan sistem bintang ganda? Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 26

Penentuan Massa komponen Tinjau dua buah bintang yang membentuk sistem bintang ganda dalam orbit lingkaran dengan jarak masing-masing komponen ke pusat massa adalah r 1 dan r 2. Jarak pusat kedua komponen adalah: Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 27

Dari Teorema Pusat Massa dan Hukum Kekekalan Momentum, didapat: Dari Hukum III Kepler: Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 28

Selain dengan menggunakan Hukum III Kepler, massa total sistem bintang ganda dapat dihitung pula dengan formula berikut ini: dengan v 1 dan v 2 masing-masing menyatakan kecepatan radial komponen 1 dan 2 serta i sudut inklinasi antara bidang orbit dengan bidang langit (bidang yang tegalu lurus terhadap garis pandang pengamat). Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 29

Latihan 1. Sebuah sistem bintang ganda diketahui memiliki periode orbit 10 tahun dengan orbit yang edge-on. Kecepatan kedua komponen radial masing-masing adalah 10 km/s dan 20 km/s. Tentukan massa masing-masing komponen! 2. Sebuah pulsar sinar-X baru dengan periode 42 muwan ri ditemukan olehtelahmenit netron lingkaran bergerak terhadap orbit dalam pusat massa bersama dengan kecepatan 11 km/s, sementara pasangaannya yang tak terlihat memiliki kecepatanorbit 770 km/s. Carilahmassa masing-masing bintang tersebut! Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 30

Latihan Kurva kecepatan sebuah bintang ganda spektroskopi bergaris ganda dengan sudut inklinasi 900 ditunjukkan di bawah ini. Tentukan periode orbit, kecepatan orbit bintang 1 dan 2, nisbah massa (mass ratio) kedua bintang, dan massa kedua bintang (dalam M )! Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 31

ASAL – USUL & TIPE GALAKSI Galaksi adalah kumpulan bintang dan materi antarbintang yang terisolasi di bawah pengaruh gravitasi. Di dalam galaksi terdapat 107 1012 buah bintang. Di Bima Sakti (Milky Way) terdapat tidak kurang dari 2 x 1011 buah bintang. Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 32

“Adakah mekanisme yang mengantarkan galaksi untuk sampai pada bentuknya yang sekarang? ” bintang muda debu dan gas jatuh ke bidang debu dan gas gerak tak beraturan objek-objek halo gerak teratur objek-objek piringan Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 33

Klasifikasi Galaksi diklasifikasikan menurut morfologinya. Klasifikasi yang tegas sulit dilakukan citra berbeda-beda. Klasifikasi yang biasa digunakan adalah klasifikasi “garpu tala” Hubble-Sandage: yang skema © Chaisson & Mc. Millan Astronomy Today Tipe awal Jumlah debu dan gas Keterbukaan lengan Tipe akhir Rasio Bulge/disk Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 34

Bima Sakti adalah galaksi spiral (tipe Sbc? ). Memiliki ketiga komponen galaksi: piringan (disk), tonjolan (bulge), dan struktur bola (halo) yang melingkupi disk dan bulge. Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 35

Piringan Galaksi Relatif datar (highly flatte-ned) Halo Galaksi Bulge Galaksi Relatif sferis dengan sedikit saja pendataran Berbentuk lonjong Dihuni oleh bintang muda dan tua Dihuni oleh bintangbintang muda dan tua (lebih banyak bintang tua di jarak yang lebih besar dari pusat galaksi) Mengandung gas dan debu Tidak mengandung gas dan debu Mengandung gas dan debu, terutama di daerah sebelah dalam Daerah pembentukan bin-tang Tidak terjadi proses pem -bentukan bintang Daerah sebelah dalam menjadi tempat pembentukan bintang Gas dan bintang bergerak dalam orbit me-lingkar di bidang galaksi Bintang-bintang di dalamnya bergerak dalam orbit yang acak Bintang-bintang di dalam -nya bergerak dalam orbit yang acak Terdapat lengan spiral Terdapat gugus bola dan arus pasang (tidal stream) Terdapat cincin gas dan debu di dekat pusat Berwarna putih dengan lengan spiral yang biru Berwarna kemerahan Berwarna kuning-putih Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 36