Para astronom telah menemukan sepasang bintang yang mengelilingi satu sama lain hanya dalam waktu 51 menit, yang merupakan orbit paling cepat yang pernah terlihat pada pasangan tersebut. Sistem ini dijuluki ZTF J1813+4251 dan merupakan contoh variabel bencana – susunan yang terdiri dari bintang dalam orbit rapat mengelilingi bintang mati yang disebut katai putih.
Ketika dua objek bintang dalam variabel bencana kehilangan energi akibat emisi gelombang gravitasi, mereka tertarik lebih dekat dan katai putih mulai “memakan” bintang “donor” mirip Matahari, merobek material dari permukaannya. ZTF J1813+4251 terletak 3000 tahun cahaya dari Bumi dan mewakili bukti pertama bahwa variabel bencana dapat menyusut cukup besar sehingga memiliki periode orbit yang begitu singkat.
“Dengan ditemukannya ZTF J1813+4251, kita sekarang mengetahui bahwa, dalam keadaan yang jarang terjadi, variabel bencana dapat menyusut hingga periode orbit yang jauh lebih pendek dari 75 menit,” anggota tim dan peneliti di Universitas Amsterdam, Jan van Roestel, Mengatakan Dunia Fisika. “Ada prediksi teoritis bahwa hal ini bisa terjadi, namun penemuan ZTF J1813+4251 menegaskan hal ini tanpa keraguan.”
Van Roestel, bersama dengan Kevin Burdge dari Massachusetts Institute of Technology dan rekannya juga menentukan sifat-sifat lain dari setiap bintang – termasuk massa dan jari-jarinya.
Sistem kecil
“Sistem biner terdiri dari katai putih dan bintang donor dengan massa masing-masing sekitar 0.55 dan 0.1 massa matahari,” kata van Roestel. Jarak antara keduanya hanya 0.4 jari-jari Matahari, yang berarti seluruh sistem biner dapat dengan mudah masuk ke dalam bintang kita. Penelitian ini juga menunjukkan bahwa orbit yang sempit ini disebabkan oleh kepadatan bintang donor yang sangat tinggi.
Para astronom menemukan ZTF J1813+4251 dalam kumpulan besar bintang yang diamati oleh Zwicky Transient Facility (ZTF), yang menggunakan kamera yang dipasang pada teleskop di Observatorium Palomar di California. ZTF telah mengambil lebih dari 1000 gambar beresolusi tinggi pada area luas di langit yang menangkap perubahan kecerahan 1 miliar bintang selama periode yang bervariasi dari hari hingga tahun.
Tim menggunakan algoritme untuk mencari data bintang yang tampak berkedip berulang kali dalam jangka waktu kurang dari satu jam. Kilatan cahaya seperti ini dapat disebabkan oleh dua bintang yang berada pada orbit yang berdekatan, sehingga salah satu bintang menghalangi cahaya bintang lainnya untuk sementara waktu – seperti yang terjadi pada ZTF J1813+4251.
Tahap evolusi yang langka
Pengamatan juga mengungkapkan bahwa sistem berada dalam tahap evolusi yang menarik. “Kami menemukan variabel bencana ini melakukan sesuatu yang sangat istimewa, bertransisi dari pertambahan hidrogen ke pertambahan helium,” jelas Burdge.. “Hal ini terjadi karena katai putih mulai memakan bintang deret utama tua menjelang akhir masa hidupnya setelah bintang tersebut mengumpulkan helium dalam jumlah besar di intinya.”
Kini, atmosfer hidrogen di bintang donor hampir habis, dan katai putih melucuti sisa-sisa terakhir dari bintang donornya. Akibatnya, bintang donor ini akan segera menyusut menjadi inti yang kaya helium, yang akan terus disantap oleh bintang katai putihnya. Tim juga memperkirakan periode orbit sistem ini akan terus memendek dan dalam waktu sekitar 70 juta tahun bisa menjadi hanya 20 menit.
“Masa depan bintang biner ini didorong oleh gelombang gravitasi,” kata van Roestel. “Kedua bintang tersebut cukup masif dan mengorbit satu sama lain cukup dekat sehingga perlahan-lahan kehilangan momentum sudut karena gelombang gravitasi, yang menyebabkan periode orbit dan jarak orbitnya semakin berkurang.”
Pengamatan gelombang gravitasi
Pada prinsipnya gelombang gravitasi ini dapat dideteksi oleh para astronom. Namun, observatorium gelombang gravitasi saat ini tidak cukup sensitif untuk melakukan hal ini. Di masa depan, studi sistem seperti itu dapat dilakukan dengan menggunakan Laser Interferometer Space Antenna (LISA), yang akan lebih sensitif dibandingkan detektor gelombang gravitasi berbasis Bumi yang ada.
Para astronom menjelaskan gambar James Webb Space Telescope yang 'membingungkan' dari bintang biner
“Penemuan ini merupakan masalah besar karena saat ini sedang dibangun detektor gelombang gravitasi, yang akan ditempatkan di luar angkasa, disebut LISA, yang akan melihat gelombang gravitasi dari objek dengan periode orbit seperti ZTF J1813+4251,” kata Burdge. Dia menambahkan bahwa penyelidikan masa depan ini dapat mengisi elemen kunci yang hilang dari pemahaman kita tentang bagaimana bintang berevolusi.
“Variabel bencana adalah laboratorium yang sangat bagus untuk mempelajari fisika akresi dan evolusi biner. Buku teks cenderung berfokus pada bintang-bintang terisolasi seperti Matahari. Masalahnya adalah, cerita sederhana itu tidak akan berhasil jika Anda menempatkan dua bintang dalam biner di samping satu sama lain, karena keduanya akan berinteraksi, dan itu dapat mengubah hasilnya sepenuhnya.”
“Dengan mempelajari biner yang berinteraksi erat ini, seperti variabel bencana, kami mengumpulkan informasi yang diperlukan untuk menyelesaikan buku teks tentang evolusi bintang. Yakni, kita mulai memahami evolusi biner bintang. Sistem ini pada dasarnya menjawab pertanyaan kunci tentang bagaimana biner variabel yang dahsyat terbentuk.”
Pengamatan dijelaskan dalam Alam.
