Bintang di alam semesta ini yang menghiasi langit di malam hari adalah benda langit yang bercahaya. Artinya ia mengeluarkan cahaya sendiri. Oleh karena itu, bintang disebut sebagai sumber cahaya di antariksa. Selain itu sebuah benda langit sumber cahaya dapat disebut sebagai bintang bintang apabila benda langit itu memiliki massa 0,08 – 200 kali massa Matahari.
Sedangkan pengertian bintang menurut ilmu astronomi (ilmu perbintangan) adalah segala benda-benda langit raksasa yang memiliki massa (jumlah materi yang terkandung dala sebuah benda) antara 0,08 hingga 200 kali massa Matahari. Sebuah benda langit juga akan disebut sebagai bintang apabila benda langit itu memiliki sumber energi (tenaga) sendiri melalui reaksi fusi nuklir (perombakan bahan-bahan di dalam bintang melalui proses fusi atom hidrogen menjadi atom helium), yaitu reaksi yang terjadi ketika gas hidrogen berubah menjadi gas helium sehingga menghasilkan energi panas dan energi cahaya yang sangat besar. Reaksi fusi nuklir pada pusat bintang ini dapat terjadi di masa lalu dan sekarang sudah tidak terjadi lagi atau masih berlangsung sampai sekarang.
Reaksi fusi nuklir serupa dengan reaksi untuk proses ledakan bom Hidrogen. Contohnya dapat diamati dalam proses reaksi pada Bintang Matahari. Reaksi fusi termonuklir pada Matahari mengubah 657 juta ton hidrogen Matahari menjadi 652,5 juta ton abu helium dan 4,5 juta ton berubah menjadi sinar Gamma dan neutron1). Sinar Gamma yang dihasilkan di pusat Matahari mula-mula diubah menjadi sinar X dan sinar Ultraviolet yang dilemahkan di tempurung Matahari, kemudian dilemahkan lagi pada saat menerobos kromosfer2) menuju antariksa, hingga akhirnya sampai di permukaan Bumi. Energi panas dan cahaya yang dihasilkan oleh bintang ini dipancarkan ke antariksa dalam bentuk radiasi partikel dan radiasi elektromagnetik. Karena jika tidak dipancarkan, akan menyebabkan suhu Matahari menjadi sangat tinggi sehingga dapat membuat Matahari meledak.
Reaksi Fusi Nuklir Bintang
Reaksi fusi nuklir bintang di alam semesta disebut juga dengan reaksi termonuklir adalah reaksi nuklir yang terjadi pada bagian inti bintang di mana dua inti atom bergabung (berfusi) membentuk inti atom yang lebih besar kemudian melepaskan energi yang sangat besar pula. Secara khusus yaitu, inti atom hidrogen bergabung (berfusi) membentuk inti yang lebih besar kemudian berubah menjadi atom helium dan melepaskan energi yang sangat besar. Reaksi fusi nuklir berfungsi sebagai sumber tenaga bagi bintang untuk terus bersinar serta sebagai pemasok energi utama untuk mempertahankan tekanan bintang, sehingga bintang tidak runtuh ke dalam oleh gaya gravitasinya sendiri.
Reaksi fusi nuklir di dalam inti bintang merupakan proses pembakaran yang tidak melibatkan reaksi kimia seperti proses pembakaran di bumi yang melibatkan reaksi kimia. Reaksi fusi nuklir di dalam inti bintang dapat terjadi karena adanya faktor-faktor yang mendukung, yaitu tekanan gravitasi yang sangat tinggi, dapat mencapai lebih dari 300 milyar kali tekanan atmosfer bumi dan temperatur pada inti bintang sangat tinggi, dapat mencapai lebih dari 15.000.000ºC. Temperatur sedemikian tinggi ini tidak dapat dikondisikan di bumi sehingga tidak pernah ada reaksi fusi nuklir alami di bumi seperti yang terjadi di dalam bintang.
Reaksi Tahap I. Secara khusus, reaksi fusi nuklir pada inti bintang terdiri dari tiga tahap. Tahap pertama, 1 proton (inti atom hidrogen yang telah telah kehilangan elektron) berfusi melalui benturan hebat dengan 1 proton sejenis lainnya sehingga membentuk inti deuteron (isotop hidrogen berat yang sangat langka). Deuteron hasil reaksi ini terdiri dari proton dan netron yang bersifat sangat reaktif (sangat mudah bereaksi). Akibat dahsyatnya benturan pada reaksi fusi nuklir tahap pertama itu, ada bahan-bahan yang tersisa sebagai pecahan-pecahan reaksi yaitu adalah positron (zarah bermuatan listrik positif), elektron (zarah bermuatan listrik negatif), dan neutron (zarah netral, artinya tidak mengandung muatan listrik). Positron tidak dapat melintasi gas tanpa bertabrakan dengan elektron yang berada di sekelilingnya, dan jika keduanya bertabrakan maka akan saling membinasakan karena kedua zarah itu adalah zarah yang berlawanan. Akibatnya positron dan elektron akan musnah apabila saling bertabrakan. Sedangkan neutron dapat bergerak secara langsung melewati apa saja, sehingga zarah ini mampu keluar menerobos lapisan-lapisan matahari tanpa hambatan kemudian meninggalkan lingkungan matahari, melesat ke angkasa, dan bahkan mampu meninggalkan lingkungan tata surya dengan kecepatan hampir menyamai kecepatan cahaya. Hal ini dikarenakan neutron adalah zarah yang tidak memiliki muatan listrik, tidak memiliki massa, dan merupakan zarah yang berukuran sangat kecil di dalam skala sub atomik.
Reaksi Tahap II.Setelah reaksi fusi nuklir tahap pertama selesai, maka reaksi akan berlanjut ke tahap kedua, yaitu inti deuteron yang telah dihasilkan pada tahap pertama akan menangkap inti hidrogen yang ada di sekitarnya melalui benturan dahsyat. Hasilnya adalah sebuah unsur baru yaitu helium-3. Helium-3 adalah isotop ringan dan sangat langka yang intinya terdiri dari 2 proton dan 1 netron. Selain menghasilkan helium-3, dahsyatnya benturan itu juga mengakibatkan terbentuknya energi baru, yaitu energi radiasi dalam bentuk sinar gamma, yaitu sinar yang memiliki panjang gelombang paling pendek namun memiliki daya tembus serta daya rusak yang paling kuat dan paling membahayakan dibandingkan dengan radiasi elektromagnetik yang lain.
Reaksi Tahap III.Fusi nuklir tahap kedua telah selesai. Selanjutnya adalah reaksi fusi nuklir tahap ketiga sekaligus tahap terakhir. Inti helium-3 hasil reaksi tahap kedua akan berfusi dengan inti helium-3 lainnya, sehingga menghasilkan inti helium-4, yaitu jenis helium biasa yang terdiri dari 2 proton dan 2 netron. Hasil fusi antara 2 inti helium-3 ini akan menyisakan 2 proton. Dua buah proton sisa reaksi fusi tahap ketiga ini selanjutnya akan berbenturan dengan proton lainnya dan menghasilkan inti deuteron. Selanjutnya inti deuteron akan bereaksi lagi untuk membentuk helium-3 sebelum akhirnya kembali lagi menjadi helium-4 (helium biasa). Pada intinya, 2 proton sisa reaksi tahap ketiga digunakan dalam proses daur ulang siklus reaksi fusi nuklir, sehingga proses reaksi fusi nuklir dapat terus berlangsung sampai cadangan hidrogen pada bintang habis. Energi yang digunakan dalam setiap tahapan fusi nuklir tersebut dipancarkan dalam bentuk foton (cahaya).
♦♦♦
Tiga tahapan reaksi fusi nuklir di atas dikenal sebagai rantai proton-proton. Reaksi proton-proton biasanya berlangsung pada bintang berukuran kecil sampai sedang, seperti Matahari. Hal ini karena siklus proton-proton berlangsung pada temperatur yang lebih dingin, namun kekurangannya prosesnya memakan waktu yang sangat lama, yaitu sekitar 7 milyar tahun. Inilah yang menyebabkan bintang-bintang bermassa kecil – sedang dengan temperatur dingin – sedang memiliki siklus atau umur yang panjang.
Sedangkan pada bintang-bintang berukuran (bermassa) lebih besar biasanya berlangsung siklus CNO, yaitu siklus karbon-nitrogen. Siklus CNO biasanya berlangsung pada golongan bintang panas, yaitu bintang yang intinya bertemperatur di atas 31.000.000ºC. Kelebihannya, siklus CNO memakan waktu yang sangat cepat untuk ukuran umur bintang, yaitu hanya sekitar 7 juta tahun. Inilah yang menyebabkan golongan bintang di alam semesta yang bermassa besar dan bertemperatur panas memiliki siklus atau umur yang pendek. Secara umum, pelaksanaan setiap tahapan reaksi nuklir memerlukan sejumlah energi yang sangat besar, baik pada reaksi nuklir buatan (contohnya : untuk menghasilkan bom nuklir), apalagi pada reaksi nuklir alami (contohnya : proses fusi nuklir pada matahari).
Reaksi fusi nuklir pada bintang di alam semesta mirip dengan reaksi nuklir untuk menghasilkan ledakan bom atom. Perbedaannya adalah meskipun reaksi fusi nuklir pada bintang sangat dahsyat, ratusan ribu kali lebih dahsyat bila dibandingkan dengan ledakan bom atom, reaksi fusi nuklir bintang terlindung di dalam gas yang menyelubungi permukaan bintang, sehingga kedahsyatan reaksinya hanya terasa di dalam tubuh bintang itu sendiri.
♦♦♦
Berapakah jumlah bintang di alam semesta?
Bintang-bintang di alam semesta ini jumlahnya sangat banyak. Di dalam satu galaksi saja diperkirakan terdapat ratusan milyar bintang. Dan masing-masing bintang tersebut membawahi sebuah sistem bintang yang disebut dengan tata surya dengan bintang sebagai induk atau pusatnya.
Contoh: dalam sistem Galaksi Bimasakti, diperkirakan terdapat lebih dari 200 – 400 milyar bintang. Di antara 200 – 400 milyar bintang yang ada di dalam Galaksi Bimasakti, terdapat sebuah bintang yang sangat kita kenal, yaitu Matahari. Matahari membawahi sebuah sistem tata surya yang terdiri atas delapan planet dan empat planet katai beserta satelit-satelit alaminya masing-masing, ditambah dengan meteorid dan asteroid yang semuanya bergerak dalam orbitnya mengelilingi pusat tata surya, yaitu Matahari. Jadi Matahari kita itu hanyalah sebuah bintang saja di antara ratusan milyar bintang dalam Galaksi Bimasakti (lihat artikel: Mengenal Galaksi Bimasakti).
Di alam semesta ini diperkirakan terdapat ribuan hingga jutaan galaksi, bahkan ada yang menyebutkan bahwa di alam semesta ini terdapat milyaran galaksi, baik galaksi besar maupun galaksi kecil. Jika masing-masing galaksi memiliki 200 – 400 milyar bintang, maka jumlah seluruh bintang di alam semesta ini diperkirakan mencapai 2×1017 – 4×1018 bintang ( 200.000 triliun – 4.000.000 triliun bintang)! Sehingga apa artinya sebuah bintang bernama Matahari dibandingkan dengan jutaan triliun bintang yang ada di alam semesta ini!? (Bersambung: Proses Kelahiran, Kehidupan dan Kematian Bintang di Alam Semesta)
Catatan Kaki:
1) Lihat: Alam Semesta : Riwayat Hidup Matahari hal. 93
2) Lihat: opcit hal. 95 − 96
Referensi:
Brockman, John. 2014. The Universe: Leading Scientists Explore the Origin, Mysteries, and Future of the Cosmos (Best of Edge Series). Harper Perennial Publishers. New York. 386 p.
Bergamini, David. 1979. Alam Semesta. Pustaka Time-Life. Jakarta
Kauffmann, William J.; Neil F. Comins. 2009. Discovering the Universe: from the Stars to the Planets. W.H. Freeman and Company. New York. 534 p.
http://imagine.gsfc.nasa.gov/educators/lifecycles/Imagine2.pdf
Baca Juga:
Di Manakah Letak Tata Surya Kita?
Kelahiran, Kehidupan, dan Kematian Bintang
Memahami Perjalanan Tahun Cahaya
Visits: 3976
