Sampai saat ini diperkirakan bahwa penggabungan bintang neutron adalah satu-satunya cara untuk menghasilkan unsur-unsur berat (lebih berat dari seng). Penggabungan ini melibatkan penggabungan dari sisa-sisa dua buah bintang masif dalam sistem biner.
Tetapi kita tahu bahwa unsur-unsur berat pertama kali diproduksi tidak lama setelah Big Bang, ketika Alam Semesta masih sangat muda. Saat itu, waktunya belum mencukupi untuk terjadinya penggabungan bintang neutron. Dengan demikian, diperlukan sumber lain untuk menjelaskan keberadaan unsur-unsur berat awal di Bima Sakti.
Penemuan bintang kuno SMSS J2003-1142 di halo Bima Sakti – yang merupakan wilayah bulat yang mengelilingi galaksi – memberikan bukti pertama untuk sumber lain terkait unsur-unsur berat, termasuk uranium dan mungkin emas.
Dalam penelitian kami yang diterbitkan di Nature, kami menunjukkan bahwa unsur-unsur berat yang terdeteksi di SMSS J2003-1142 kemungkinan dihasilkan bukan oleh penggabungan bintang neutron. Tetapi melalui keruntuhan dan ledakan bintang yang berputar cepat diiringi oleh medan magnet yang kuat dan massanya sekitar 25 kali lipat dari Matahari.
Kami menyebut peristiwa ledakan ini sebagai “hypernova magnetorotational”.
Alkimia bintang
Baru-baru ini dikonfirmasi bahwa penggabungan bintang neutron memang merupakan salah satu sumber unsur-unsur berat di galaksi kita. Seperti namanya, ini adalah suatu peristiwa di mana dua bintang neutron dalam sistem biner, menyatu dalam suatu peristiwa energik yang disebut “kilonova”. Proses ini menghasilkan unsur-unsur berat.
Namun, model evolusi kimia galaksi kita yang ada menunjukkan bahwa penggabungan bintang neutron saja tidak dapat menghasilkan pola spesifik dari berbagai elemen yang kita temukan di beberapa bintang purba, termasuk SMSS J2003-1142.
Peninggalan dari alam semesta awal
SMSS J2003-1142 pertama kali diamati pada 2016 dari Australia, dan untuk yang kedua, pada September 2019 menggunakan teleskop di European Southern Observatory di Chili.
Dari pengamatan ini, kami mempelajari komposisi kimia dari bintang. Analisis kami mengungkapkan kandungan besi sekitar 3.000 kali lebih rendah dari Matahari. Dengan kata lain, SMSS J2003-1142 secara kimiawi primitif.
Unsur-unsur yang kami amati di dalamnya kemungkinan dihasilkan oleh bintang induk tunggal, tepat setelah peristiwa Big Bang.
Tanda-tanda dari keruntuhan sebuah bintang yang berputar cepat
Komposisi kimia SMSS J2003-1142 dapat mengungkapkan sifat dan karakteristik dari bintang induknya. Yang sangat penting adalah jumlah nitrogen, seng, dan unsur-unsur berat yang luar biasa tinggi termasuk europium dan uranium.
Tingkat nitrogen yang tinggi di SMSS J2003-1142 menunjukkan bahwa bintang induk berotasi dengan cepat, sementara tingkat seng yang tinggi menunjukkan bahwa energi dari ledakan itu sekitar sepuluh kali lipat dari supernova “normal” – yang berarti bahwa ledakan tersebut akan menjadi sebuah hipernova. Selain itu, sejumlah besar uranium akan membutuhkan keberadaan neutron yang melimpah.
Unsur-unsur berat yang dapat kita amati di SMSS J2003-1142 hari ini adalah semua bukti bahwa bintang ini dihasilkan sebagai hasil dari ledakan hipernova magnetorotasional awal.
Dan pekerjaan kami karena itu telah memberikan bukti pertama bahwa peristiwa hypernova magnetorotational adalah sumber dari unsur-unsur berat di galaksi kita (bersamaan dengan penggabungan bintang neutron).
Bagaimana dengan penggabungan bintang neutron?
Tapi bagaimana kita tahu bahwa bukan hanya penggabungan bintang neutron saja yang menyebabkan keberadaan berbagai elemen tertentu yang kita temukan di SMSS J2003-1142? Ada beberapa alasan untuk ini.
Dalam hipotesis kami, bintang induk tunggal akan membuat semua elemen yang diamati di SMSS J2003-1142. Di sisi lain, dibutuhkan waktu yang jauh lebih lama untuk membuat unsur yang sama hanya melalui penggabungan bintang neutron. Tapi kali ini bahkan tidak akan ada pada awal pembentukan galaksi ketika elemen-elemen ini dibuat.
Juga, penggabungan bintang neutron hanya menghasilkan unsur-unsur berat, sehingga sumber tambahan seperti supernova biasa harus terjadi untuk menjelaskan unsur-unsur berat lainnya, seperti kalsium, yang diamati di SMSS J2003-1142. Skenario ini, meskipun memungkinkan, lebih rumit dan karenanya lebih kecil kemungkinannya.
Model hipernova magnetorotational tidak hanya memberikan kecocokan yang lebih baik dengan data, tetapi juga dapat menjelaskan komposisi SMSS J2003-1142 melalui satu peristiwa. Bisa jadi penggabungan bintang neutron, bersama dengan supernova magnetorotasional, dapat secara serempak menjelaskan bagaimana semua elemen berat di Bima Sakti diciptakan.
David Yong, Academic, Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University dan Emeritus Professor of Astronomy, Australian National University.
