The Knowledge Frontier

Antariksa & astronomiPracetakObservasi3 menit baca

DUA BINTANG MATI DI ORBIT PALING LONJONG YANG PERNAH TERLIHAT

Pasangan bintang neutron — inti runtuh yang ditinggalkan bintang masif — saling mengorbit dan perlahan kehilangan energi dalam bentuk gelombang gravitasi. Pasangan pertama ditemukan pada 1974 (PSR B1913+16), dan kini lebih dari 30 sudah diketahui. Sebagian akhirnya bergabung, menghasilkan peristiwa seperti GW170817 dan GW190425 yang dideteksi LIGO. Berapa banyak pasangan seperti itu yang bertahan di Bimasakti, dan di orbit apa, adalah pertanyaan mendasar bagi astronomi gelombang gravitasi dan bagi kisah evolusi bintang ganda.

Orbit pemecah rekor

PSR J0653+0443 adalah pulsar — bintang neutron yang berkas radionya menyapu Bumi seperti mercusuar — yang berputar sekali setiap 47,5 milidetik. Pulsar ini pertama kali dideteksi oleh Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope (FAST) milik Tiongkok pada 20 November 2022, dan terletak sekitar 1 kiloparsek jauhnya (sekitar 3.000 tahun cahaya), di lengan Perseus Galaksi.

Dengan mengukur waktu pulsanya selama lebih dari dua tahun, Z. L. Yang, J. L. Han, dan rekan-rekan dari Observatorium Astronomi Nasional Tiongkok dan universitas mitra mendapati bahwa pulsar ini mengorbit bintang neutron lain. Massanya: 1,38 massa Matahari untuk pulsar, 1,44 untuk pasangannya.

Orbitnya luar biasa:

  • periode 79,084 hari, yang terpanjang di antara semua bintang neutron ganda yang diketahui;
  • eksentrisitas — 0 untuk lingkaran, mendekati 1 untuk orbit yang teregang hampir menjadi kurva terbuka — sebesar 0,99238692 — yang tertinggi yang pernah diukur untuk pasangan bintang mana pun; rekor sebelumnya, untuk bintang ganda biasa, adalah 0,985;
  • hanya 46 menit untuk berpindah dari satu sisi pasangannya ke sisi lain, sementara sebagian besar dari 79 hari itu dihabiskan berjauhan;
  • pada titik terdekat, jarak 0,83 jari-jari Matahari, sekitar 580.000 km — lebih kecil daripada jari-jari Matahari itu sendiri —, dan kecepatan relatif 1.140 kilometer per detik, yang terbesar di antara semua bintang neutron ganda yang diketahui.

FAST adalah piringan tetap: ia hanya melihat satu pita langit di atasnya, dan titik terdekat tidak selalu jatuh di dalamnya. Antara 2025 dan 2028, hanya dua lintasan yang jatuh dalam jangkauan pandangnya: 19 Februari 2025 dan 21 April 2027. Tim mengikuti lintasan pertama selama dua jam, dengan satu pengukuran per menit.

Gerhana dan elips yang bergoyang

Selama lintasan itu, sinyal radio pulsar lenyap selama 85 detik saat melintas di balik lingkungan magnetik pasangannya. Artinya, kita melihat orbitnya hampir dari sisi tepi. Ini baru gerhana kedua yang pernah teramati pada bintang neutron ganda, setelah pulsar ganda terkenal PSR J0737−3039A.

Relativitas umum membuat elips itu perlahan berputar — presesi periastron — titik terdekat orbit itu perlahan bergeser berkeliling —, yang di sini terukur 0,017791 derajat per tahun, sesuai prediksi. Namun presesi itu tidak seragam: lajunya meningkat di dekat titik terdekat. Pada orbit yang hampir parabola ini, arah orbitnya bergeser selama lintasan itu sendiri, menggerakkan pulsar mendekat lalu menjauh dari kita, sehingga pulsanya dipercepat lalu diperlambat antara −2,91 dan +2,49 milidetik, lebih dari sepuluh kali lipat dibandingkan sistem serupa mana pun.

Lahir dari tendangan keras

Pasangan seperti ini diduga berasal dari dua bintang masif yang meledak satu demi satu. Menurut para penulis, eksentrisitas ekstrem itu hanya bisa berasal dari “tendangan” besar yang diberikan kepada bintang neutron kedua saat inti besi bintang induknya runtuh. Simulasi mereka menunjukkan tendangan lebih dari sekitar 400 kilometer per detik.

Mereka juga menyimulasikan sekitar satu miliar bintang ganda masif. Di antara bintang neutron ganda yang bertahan, yang eksentrisitasnya di atas 0,95 dan periodenya 50 hingga 110 hari jumlahnya kurang dari 0,5%. Namun yang satu ini muncul di antara hanya 28 yang diketahui di luar gugus bola, di cakram Galaksi. Dalam kata-kata para penulis, “entah kita sangat beruntung, atau teori evolusi bintang ganda saat ini dan pemahaman kita sekarang tentang supernova keruntuhan inti perlu dimodifikasi”.

Gelombang gravitasi yang datang berkala

Karena kedua bintang hanya berdekatan sekali setiap 79 hari, keduanya memancarkan gelombang gravitasi dalam semburan berkala. Pancarannya mencapai puncak di dekat 0,357 milihertz, satu siklus setiap 47 menit — selama lintasan terdekatnya. Itu terlalu lemah untuk observatorium gelombang gravitasi antariksa yang direncanakan, LISA, Taiji, dan TianQin, tetapi konsep masa depan yang diusulkan seperti LISAmax dapat mendeteksinya selama sepuluh tahun. Pasangan ini akan bergabung dalam sekitar 2,5 miliar tahun, berakhir dengan peristiwa seperti GW170817.