Download - Modul 22 ALC
Modul 22: Gugus dan Populasi Bintang
Oleh: Mochammad Miftahul Fahmi
A. Pendahuluan
Gugus bintang pertama diidentifikasi oleh Viktor Amazaspovich,
astronom Rusia yang mengidentifikasi daerah bintang-bintang muda yang
tampak menyebar (scatter) pada tahun 1947.
Gugus bintang atau biasa disebut star cluster sendiri merupakan
kumpulan dari bintang (yang jumlahnya hingga ratusan juta) yang terikat
secara gravitasi. Bintang-bintang anggota gugus ini pada umumnya merupakan
bintang-bintang yang lahir dari kumpulan gas dan debu yang sama. Pada
mulanya, gas dan debu tersebut berinteraksi satu sama lain, memampat dan
mengkerut, hingga suhu dan tekanan yang tepat untuk terbentuknya suatu
bintang. Kumpulan gas dan debu tersebut cukup luas hingga menghasilkan
ribuan bahkan miliaran individu bintang. Kemudian bintang-bintang baru lahir
tersebut akan terikat dengan gravitasi satu sama lain, membentuk gugusan yang
disebut gugus bintang (star cluster). Istilah gugus juga sering digunakan
sebagai penyebutan dalam kumpulan grup galaksi yang disebut gugus galaksi.
B. Gugus Terbuka
Gugus terbuka memiliki anggota bintang-bintang muda yang cukup panas
(kelas O, B, atau A), biasanya masih diselimuti oleh gas dan debu; HII region (T
Tauri Star), dan yang khas yaitu sebaran bintangnya yang belum simetri.
Source: abyss.uoregon.edu
Mengapa hal ini bisa terjadi? Beberapa faktor dapat terjadi seperti
1. Hal ini disebabkan bintang-bintang muda tersebut berawal dari gas dan debu
yang tentunya bentuknya tidak simetris juga, menyebabkan pembentukan
bintang yang tidak homogen di setiap area debu.
2. Energi kinetik bintang-bintang yang beragam,
3. Rotasi differensial Galaksi (tidak keplerian), dan
4. Gangguan gravitasi eksternal (dari luar gugus).
Perhatikan gambar gugusan muda berikut
Gambar 1: Gugus muda Pleiades, Messier 45 di rasi Taurus
Gambar 2: Messier 6, NGC 6405 (kiri) dan Messier 7, NGC 6475. Keduanya terletak di rasi Scorpius.
Source: google images
Dengan demikian, gugus terbuka atau open cluster memiliki karakteristik umum:
- Jumlah relatif sedikit (puluhan hingga ribuan bintang),
- Umurnya relatif muda (bintang populasi 1),
- Banyak memiliki bintang biru,
- Dikelilingi oleh gas dan debu; HII Region (merupakan ciri bahwa umur bintang
relatif muda),
- Bentuknya yang tidak simetri,
untuk Gambar 2 di atas, ke-tidaksimetrian-nya terlihat dengan bentuknya yang
seperti kupu-kupu (Messier 6, Butterfly Cluster berumur sekitar 100 juta tahun).
- Banyak ditemukan di daerah lengan galaksi spiral (karena kaya akan debu, dan
proto-star atau calon bintang) dan daerah disk (piringan) galaksi.
Gambar 3 Disk galaksi banyak memiliki debu dan gas pembentuk bintang muda- astro.psu.edu
Apabila kita telaah tiap anggota gugus terbuka dan menuangkannya ke
dalam diagram Hertsprung-Russel, maka semua anggota dari gugus terbuka akan
berada di daerah deret utama (main squence).
Source: Puji Irawati, ITB dan www.astrophysicsspectator.com
C. Gugus Bola
Apabila gravitasi dari gugus terbuka mulai seimbang, dan terikat dengan
gravitasinya sendiri (maksudnya adalah tidak banyak terpengaruh oleh gaya
gravitasi eksternal), maka sistem gugus tersebut akan tervirialisasi, di mana
teorema virial (akan dibahas di akhir bab) akan berlaku untuk gugus tersebut.
Akibat dari gugus yang tervirialisasi adalah bentuk gugus akan simetri,
bentuknya menyerupai bola dengan jumlah miliaran bintang di dalamnya. Gugus
seperti ini disebut dengan Gugus Bola, atau Globular Cluster.
Gugus Bola bermula dari gugus terbuka, mereka juga lahir dari gas dan
debu dengan evolusi awal yang sama. Seiring berjalannya waktu, gugus terbuka
akan berevolusi lebih lanjut sehingga gas dan debu di sekitarnya menipis
(karena angin bintang, dan tarikan gravitasi). Bintang-bintang mulai terikat
secara kuat oleh gravitasi satu sama lain dan terdistribusi merata membentuk
satu sistem yang seimbang. Bentuknya yang awalnya tidak simetri, perlahan
selama miliaran tahun akan berbentuk simetri bola. Jumlah anggotanya juga jauh
lebih banyak dibanding gugus terbuka (sekitar 105 bintang).
Berikut contoh gugus bola, perhatikan perbedaanya dengan gugus
terbuka,
Messier 13, Great Globular Cluster in Hercules
Radius ~ 84 tahun cahaya dengan umur ~ 11,7 miliar tahun
NGC 5139, Omega Centauri Cluster . source: wikipedia.com
Radius ~ 86 tahun cahaya dengan umur ~ 11,5 miliar tahun
Messier 4, Globular cluster in Scorpius . source: wikipedia.com
Radius ~ 35 tahun cahaya dengan umur ~ 12 miliar tahun
Ciri-ciri utama dari gugus bola adalah sebagai berikut:
- Jumlah bintang yang sangat banyak (mencapai 105 bintang).
- Umur yang sangat tua, bahkan hingga mencapai 12 miliar tahun (sebagai
perbandingan, umur alam semesta diperkirakan sekitar 13,7 miliar tahun).
- Anggotanya bintang-bintang tua (populasi 2) dan berevolusi lanjut.
- Sedikit gas dan debu, karena aktivitas angin bintang, gravitasi bintang, maupun
evolusi bintang.
- Berbentuk bola, alias simetris.
- Banyak ditemukan di daerah halo galaksi.
Source: spacetelescope.org
Diagram HR untuk bintang-bintang anggota gugus terbuka adalah seperti
Anggota bintang gugus bola cenderung
meninggalkan deret utama, karena banyak
bintang tua yang mengalami evolusi
lanjut (red giant hingga white dwarf).
Source: Puji Irawati, ITB
D. Perbandingan antara Gugus Terbuka dan Gugus Bola
Perbedaan antara kedua jenis gugus di atas ringkasnya adalah sebagai berikut
Pembeda Gugus Terbuka Gugus Bola
Bentuk
Tidak beraturan (asimetris),
biasanya dicirikan dengan namanya
yang unik, seperti butterfly cluster,
ptolemy cluster, dll.
Simetri bola
Jumlah
anggota100 - 1000 105 - 106
Dominasi
bintang
Bintang muda dan panas, T Tauri
star
Bintang tua evolusi
lanjut
Umur Relatif muda (orde juta tahun) Tua (orde miliar tahun)
Distribusi di
galaksiTersebar di piringan
Banyak di halo galaksi,
isotropik radial (di
dekat galaksi makin
rapat)
Keberadaan
debu materi
antar
bintang
Melimpah dan menyelimuti bintang Sangat minim
Dalam sajian diagram HR:
waktu
Gambar 3: evolusi gugus bintang, tampak bintang-bintang anggota gugus mulai
meninggalkan deret utama.
E. Parameter Fisis Gugus Bintang
Beberapa parameter fisis yang dapat ditentukan dari suatu bintang adalah
1. Jarak gugus bintang
Jarak gugus dapat ditentukan salah satunya dengan pengamatan fotometri
bintang yang ada pada gugus, apabila diketahui magnitudo mutlaknya,
menggunakan persamaan pogson
d=10m−M +5−A
5
Dengan:
d = jarak gugus ke pengamat (parsek)
m = magnitudo semu
M = magnitudo mutlak
A = efek absorpsi oleh materi antar bintang
Diagram HR beberapa gugus bintang.
Dapatkah kamu menentukan mana gugus terbuka dan
mana yang gugus bola?
Source: Puji Irawati, ITB
2. Radius gugus bintang
Radius gugus dapat ditentukan misalnya dengan diameter sudut dari gugus
tersebut. Dengan menentukan jaraknya terlebih dahulu, maka
tan (α )=2 Rd
α = diameter sudut gugus dilihat oleh pengamat
R = radius linear gugus
d = jarak gugus ke pengamat (parsek)
3. Umur gugus
Umur gugus dapat ditentukan dengan main squence fitting and isochrone,
yaitu membandingkan diagram HR standar (lengkap dengan data metalisitas
(Fe/H)) dengan data pengamatan.
Main squence lingkaran putih merupakan data pengamatan, garis tebal
merupakan diagram HR standar yang akan di-fit dengan data pengamatan.
Source: IOAA 2015, Indonesia Guest Team poster competition
4. Massa gugus
Khusus untuk globular cluster,
dapat ditentukan dengan teorema
virial. Singkatnya,
E k=−12Epg
Dengan:
Ek = energi kinetik
Epg= energi potensial gravitasi sistem, dapat ditentukan secara teoritas
menggunakan kalkulus.
Epg=−GM 2
R.35
G = konstanta gravitasi
M = massa gugus
R = radius gugus,
semua dalam satuan SI agar mempermudah.
F. Populasi Bintang
Pada tahun 1944, Walter Baade, astronom asal Jerman membagi bintang menjadi
2 jenis, yaitu bintang populasi I dan bintang populasi II.
- Bintang Populasi I merupakan bintang-bintang muda dan panas,
- Bintang Populasi II merupakan bintang yang tua dan mengalami evolusi lanjut.
Bintang Populasi I Bintang Populasi II
Bintang-bintang muda Bintang-bintang tua
Berwarna biru, banyak merupakan
bintang maharaksasa biru
Berwarna merah, banyak
merupakan bintang maharaksasa
merah.
Dari pengamatan spektroskopi,
banyak bintang memiliki garis
logam kuat, ada juga yang lemah
(contoh Matahari).
Mengandung unsur berat yang
lebih sedikit dibanding populasi I,
karena tercipta dari gas dan debu
yang dominan hidrogen maupun
unsur ringan lainnya.
Latihan Soal Modul 22
Pilihlah salah satu dari jawaban a, b, c, d atau e untuk setiap nomor soal!
Hal yang dibahas di tiap soal di bawah ini mungkin ada yang di luar modul bab 22
ini, namun penulis sengaja melakukannya agar Anda bisa belajar dengan banyak
sumber dan me-management ilmu yang banyak Anda dapatkan! Good luck!
1. Pilih mana yang BENAR
a. Dengan menggunakan pengamatan distribusi gugus bola, Shapley di awal abad
ke 20 menyimpulkan bahwa Galaksi kita berpusat di Matahari
b. Bintang muda dan panas dalam Galaksi kita terdistribusi pada lengan spiral
dan halo Galaksi
c. Semua galaksi dalam jagat raya mempunyai bentuk spiral
d. Kalau diamati secara spektroskopik semua galaksi yang jauh dalam jagat raya
memperlihatkan pergeseran merah (redshift)
e. Kalau diamati secara spektroskopik sebagian galaksi memperlihatkan
pergeseran merah (redshift) dan sebagian lagi memperlihatkan pergeseran biru
(blueshift).
2. Harlow Shapley menyimpulkan bahwa Matahari tidak berada di pusat Galaksi
Bimasakti, dengan menggunakan hasil...
a. pemetaan distribusi bintang di galaksi
b. pemetaan distribusi gugus bola di galaksi.
c. melihat bentuk “pita susu” (milkyway) di langit.
d. melihat galaksi spiral di sekitar Bimasakti
e. pemetaan distribusi awan gas di lengan spiral.
3. 3. Metode Main Squence Fitting digunakan untuk mencari jarak …
a. Ekstragalaksi
b. Bintang ganda
c. Gugus bintang
d. a dan b benar
e. a dan c benar
4. Berikut ini merupakan objek-objek untuk menelusuri lengan spiral galaksi,
kecuali :
a. Dark cloud
b. Bintang asosiasi A dan B
c. Daerah HII
d. Gugus bola
e. Gugus galaktik
5. Gugus bola...
a. terutama terdapat dalam halo Galaksi.
b. terutama terdapat dalam bulge Galaksi.
c. mengandung banyak bintang yang muda dan panas.
d. merupakan tempat yang baik untuk mencari supernova masif.
e. terdistribusi secara asimetris di dalam Galaksi.
6. Bintang-bintang di dalam sebuah rasi adalah kelompok
a. bintang sejenis
b. bintang jarak berdekatan
c. bintang dalam gugus
d. bintang pola rekaan
e. bintang berumur sama
7. Perhatikan rasi berikut!
Salah satu gugus yang terletak di rasi tersebut adalah... (M adalah messier)
a. M8b. M15c. M20d. M69e. M81
8. Perhatikan gambar diagram HR berikut!
Di atas adalah plot diagram Hertzprung-Russel (HR) dari 4 buah gugus bintang.
Garis putus-putus adalah posisi bintang seperti Matahari kita. Pernyataan di
bawah ini adalah kesimpulan yang dapat diambil dari analisa ke-empat diagram
HR diatas adalah
1) D-A-B-C adalah urutan diagram HR gugus berdasarkan umurnya dari yang
paling muda hingga ke paling tua
2) Bintang bermassa rendah lebih banyak dari bintang bermassa besar
3) Bintang sekelas Matahari pada diagram B sama umurnya dengan bintang
sekelas Matahari pada diagram D
4) Umur gugus bintang pada diagram A sama dengan kala hidup matahari di
deret utama
a. Pernyataan 1, 2 dan 3 benar
b. Pernyataan 2 dan 4 benar
c. Pernyataan 1 dan 3 benar
d. Pernyataan 3, dan 4 benar
e. Semua pernyataan diatas
benar
9. Di dalam gugusan suatu gugus bintang terdapat 50 buah bintang. Bintang-
bintang di dalam gugus itu kemudian dikelompokkan berdasarkan ukurannya
menjadi kelompok bintang berukuran besar dan berukuran kecil. Ternyata ada
27 bintang yang termasuk kategori besar. Selain itu dikelompokkan juga
berdasarkan temperaturnya menjadi dua kelompok, bintang bertemperatur
tinggi dan rendah. Ternyata ada 35 bintang yang termasuk kategori
bertemperatur tinggi. Jika ada 18 bintang besar dan bertemperatur tinggi, ada
berapa banyak bintang kecil yang bertemperatur rendah ?
a. 4 bintang
b. 5 bintang
c. 6 bintang
d. 7 bintang
e. 8 bintang
10. Perhatikan tabel berikut
No.
Jarak Bintang (parsek) Jumlah Bintang
1 18 – 19 32 20 – 21 53 21 – 22 74 23 – 24 85 24 – 25 2
Di atas adalah tabel paralaks trigonometri (plx) dari 25 sampel buah bintang
anggota gugus terbuka XYZ. Jarak rerata dan simpangan baku dari bintang-bintang
anggota gugus XYZ terhadap Matahari sesuai tabel tsb adalah....
a. 22,8 parsek dan 1,5 parsek
b. 22,8 parsek dan 2,2 parsek
c. 30,0 parsek dan 2.0 parsek
d. 30,0 parsek dan 2,5 parsek
e. 38,3 parsek dan 2,9 parsek
11. Redshift sebuah gugus galaksi berharga z = 0,05. Radius gugus tersebut
sebesar RG = 2 Megaparsek. Berapa radius gugus (dalam menit busur) pada
citra yang diambil?
a. 31'8
b. 30'8
c. 29'8
d. 28'8
e. 27'8
12. Sebuah gugus bintang terdiri dari 200 bintang kelas F5V [masing masing Mv =
3,3 ; B-V = 0,41) dan 20 bintang kelas KOIII (masing masing Mv= - 0,7 ; B-V =
1,02). Maka magnitudo mutlak totalnya...
a. -3,00
b. -3,14
c. -3,26
d. -3,57
e. -4,00
13. Dua buah bintang deret utama dalam suatu gugus diamati memiliki magnitudo
semu masing-masing +9 dan +9,2 dan indeks warna masing-masing 0. Jika dari
colour-magnitude diagram, bintang dengan indeks warna 0 memiliki magnitudo
mutlak +1, maka rata-rata jarak pengamat ke gugus tersebut adalah sekitar...
(dalam parsek, dan abaikan efek absorpsi oleh materi antar bintang)
a. 35
b. 42
c. 47
d. 51
e. 55
14. Seorang pengamat mengamati suatu objek di langit dan mengukur
magnitudonya, diperoleh magnitudo semunya, m=0. Dari pengamatan lain, ia
mengetahui bahwa jaraknya adalah sekitar 20 pc. Dari pengamatan spektroskopi
diperoleh spektrumnya ternyata mirip spektrum bintang kelas G2V. Ia
menyimpulkan bahwa luminositas objek tsb terlalu terang untuk bintang dengan
kelas tsb. Kemungkinan objek itu adalah suatu gugus bintang yang rapat, dengan
anggota dominan kelas G2V. Kalau kesimpulan itu benar, maka kemungkinan
jumlah bintang yang ada di gugus itu adalah... (abaikan efek absorpsi oleh materi
antar bintang)
a. 200
b. 310
c. 420
d. 530
e. 640
15. A globular cluster with the radius R = 20 pc and root mean square (vrms) velocity
of stars in the cluster is 3 km/s. Assume that the vrms of the cluster is equal to
12√2vescape, with vescape is escape velocity. You can also assume that the potential
energy of this system is universal potential gravitation energy, so
The mass of the globular cluster is about.... (104 Msun)
a. 1,3
b. 2,5
c. 3,6
d. 4,2
e. 5,0