Pada Juli 2022, sebuah foto baru yang membingungkan dari sebuah sistem bintang ekstrem yang dikelilingi oleh anak tangga geometris konsentris yang aneh membuat para astronom menggaruk-garuk kepala. Foto yang tampak seperti “sidik jari kosmik” ini diambil oleh James Webb Space Telescope, observatorium terbaru milik NASA.
Internet segera dipenuhi dengan teori dan spekulasi. Beberapa orang di dunia maya bahkan mengklaimnya sebagai bukti “megastruktur alien” yang tidak diketahui asalnya.
Untungnya, tim kami di University of Sydney telah mempelajari bintang ini, yang dikenal sebagai WR140, selama lebih dari 20 tahun - jadi kami berada dalam posisi yang tepat untuk menggunakan fisika dalam menginterpretasikan apa yang kami lihat.
Model kami, yang diterbitkan di Nature, menjelaskan proses aneh yang membuat bintang tersebut menghasilkan pola cincin yang menyilaukan seperti yang terlihat di foto Webb (yang sekarang diterbitkan di Nature Astronomy).
Rahasia WR140
WR140 disebut sebagai bintang Wolf-Rayet. Bintang ini merupakan salah satu bintang paling ekstrem yang pernah diketahui. Dalam sebuah tampilan yang langka tapi indah, bintang ini terkadang memancarkan gumpalan debu ke angkasa yang luasnya ratusan kali lipat dari luas Tata Surya.
Medan radiasi di sekeliling bintang Wolf-Rayet sangat kuat, sehingga debu dan angin tersapu ke arah luar dengan kecepatan ribuan kilometer per detik, atau sekitar 1% kecepatan cahaya. Meskipun semua bintang memiliki angin bintang, angin bintang yang sangat kencang ini mendorong sesuatu yang lebih mirip badai bintang.
Angin ini mengandung elemen-elemen seperti karbon yang mengalir membentuk debu.
WR140 merupakan salah satu dari beberapa bintang Wolf-Rayet berdebu yang ditemukan dalam sistem bintang ganda. Bintang ini mengitari bintang lain yang merupakan bintang maharaksasa biru masif yang juga memiliki angin ganas.
Hanya ada beberapa sistem seperti WR140 yang diketahui di seluruh galaksi kita, tapi beberapa sistem yang terpilih ini memberikan hadiah yang paling tak terduga dan indah bagi para astronom. Debu tidak langsung keluar dari bintang dan membentuk bola kabur seperti yang diduga, melainkan terbentuk di area berbentuk kerucut di mana angin dari kedua bintang bertabrakan.
Karena bintang ganda itu bergerak pada orbitnya secara konstan, maka bagian depan tumbukan ini juga harus berotasi. Bulu jelaga kemudian secara alamiah akan melingkar membentuk spiral, seperti halnya semburan air dari alat penyiram taman yang berputar.
Akan tetapi, WR140 memiliki beberapa trik lain yang membuat tampilannya semakin kaya akan kompleksitas. Kedua bintang tidak berada pada orbit melingkar melainkan elips, dan lebih jauh lagi, produksi debu menyala dan padam secara episodik saat bintang ganda mendekati dan meninggalkan titik terdekat.
Model yang nyaris sempurna
Dengan memodelkan semua efek ini ke dalam geometri tiga dimensi dari gumpalan debu, tim kami melacak lokasi fitur debu dalam ruang tiga dimensi.
Dengan menandai secara hati-hati gambar-gambar aliran yang mengembang yang diambil di Observatorium Keck di Hawaii, salah satu teleskop optik terbesar di dunia, kami menemukan bahwa model aliran yang mengembang itu cocok dengan data yang ada. Kecuali satu hal kecil. Di dekat bintang, debu tidak berada di tempat yang seharusnya. Mengejar ketidaksesuaian kecil itu ternyata membawa kita pada sebuah fenomena yang belum pernah tertangkap kamera.
Kekuatan cahaya
Kita tahu bahwa cahaya membawa momentum, yang berarti cahaya dapat memberikan dorongan pada materi yang dikenal sebagai tekanan radiasi. Hasil dari fenomena ini, berupa materi yang meluncur dengan kecepatan tinggi di sekitar alam semesta, terlihat jelas di mana-mana.
Namun, proses ini merupakan proses yang sangat sulit untuk diamati. Gaya ini memudar dengan cepat seiring dengan jarak, jadi untuk melihat materi yang dipercepat, kita harus melacak dengan sangat akurat pergerakan materi dalam medan radiasi yang kuat.
Percepatan ini ternyata merupakan elemen yang hilang dalam model WR140. Data kami tidak cocok karena kecepatan pemuaiannya tidak konstan: debu mendapatkan dorongan dari tekanan radiasi.
Menangkap hal itu untuk pertama kalinya dengan kamera adalah sesuatu yang baru. Di setiap orbit, seolah-olah bintang itu membentangkan layar raksasa yang terbuat dari debu. Ketika ia menangkap radiasi kuat yang memancar dari bintang, seperti kapal pesiar yang menangkap hembusan angin, layar berdebu itu tiba-tiba melesat ke depan.
Cincin asap di angkasa
Hasil akhir dari semua proses fisika ini sangat indah. Seperti mainan jarum jam, WR140 mengepulkan cincin asap yang dipahat dengan tepat setiap orbit delapan tahun.
Setiap cincin diukir dengan semua fisika yang luar biasa ini tertulis dalam detail bentuknya. Kita tinggal menunggu angin yang mengembang menggembungkan selubung debu seperti balon hingga cukup besar untuk bisa dilihat oleh teleskop.
Kemudian, delapan tahun kemudian, pasangan bintang tersebut kembali ke orbitnya dan muncullah cangkang lain yang identik dengan cangkang sebelumnya, tumbuh di dalam gelembung pendahulunya. Cangkang-cangkang itu terus menumpuk seperti sekumpulan boneka raksasa yang sedang bersarang.
Akan tetapi, sejauh mana kita bisa mendapatkan geometri yang tepat untuk menjelaskan sistem bintang yang menarik ini baru bisa diketahui setelah foto Webb yang baru tiba pada Juni.
Di sini tidak hanya ada satu atau dua, tapi lebih dari 17 cangkang yang dipahat dengan sangat indah. Masing-masing merupakan replika yang nyaris sama persis dengan cangkang sebelumnya. Itu berarti cangkang tertua dan terluar yang terlihat di foto Webb pasti diluncurkan sekitar 150 tahun sebelum cangkang terbaru, yang masih dalam masa pertumbuhan dan berakselerasi menjauhi pasangan bintang bercahaya yang menggerakkan fisika di jantung sistem.
Dengan bulu-bulu spektakuler dan kembang api yang liar, Wolf-Rayets telah menghasilkan salah satu foto yang paling menarik dan berpola rumit yang pernah dipotret oleh teleskop Webb yang baru.
Foto ini merupakan salah satu foto pertama yang dipotret Webb. Para astronom sedang menantikan keajaiban baru apa yang akan dipancarkan oleh teleskop ini.
Rahma Sekar Andini dari Universitas Negeri Malang menerjemahkan artikel ini dari bahasa Inggris.