TEMPAT BINTANG MUDA MEMBAKAR HABIS KARBONNYA

Karbon adalah tulang punggung kehidupan sebagaimana yang kita kenal: lebih dari separuh massa kering tubuh manusia. Namun Bumi anehnya kekurangan karbon. Sebagian besar batuan planet kita, untuk massanya, menyimpan karbon sekitar empat orde besaran — sepuluh ribu kali — lebih sedikit daripada Matahari, atau daripada debu antarbintang tempat Bumi lahir. Beberapa penjelasan telah diajukan, mulai dari cahaya ultraungu hingga oksidasi, tetapi tidak ada yang sepenuhnya menjelaskannya.

Salah satu tersangkanya adalah panas. Karbon dalam butiran debu hadir dalam beberapa bentuk — karbon amorf yang mirip jelaga, hidrokarbon, grafit — yang terurai pada suhu yang berbeda-beda. Mulai dari sekitar 500 kelvin, yaitu garis jelaga (soot line), bentuk-bentuk yang paling mudah menguap lolos; pada sekitar 1.200 kelvin, bahkan karbon amorf pun sudah lenyap. Penelitian sebelumnya memperkirakan bahwa pemanasan ini pasti terjadi dalam sejuta tahun pertama pembentukan Bumi.

Sebuah bintang yang tertangkap pada “waktu nol”

HOPS-68 adalah bintang yang sangat muda di awan molekul Orion, sekitar 414 parsec jauhnya. Sebuah studi pendamping oleh tim yang sama menunjukkan bahwa bagian tengah piringan dalamnya mencapai 1.400 kelvin — cukup panas untuk menguapkan semua debu. Tata Surya kita juga pernah melalui fase seperti itu: inilah “waktu nol” dalam catatan meteorit, ketika butiran-butiran yang kaya kalsium dan aluminium mengembun dari gas panas di dekat Matahari muda. Hanya dua bintang muda bermassa rendah yang diketahui menjadi kandidat untuk momen itu, keduanya di Orion.

F. J. Ballieux, M. K. McClure, dan rekan-rekan, di Leiden University bersama mitra di Amerika Serikat dan Jerman, kini telah memeriksa karbon dalam spektrumnya, yang diambil oleh Mid-Infrared Instrument (instrumen inframerah-tengah) JWST, bersama data arsip dari jaringan teleskop (sub)milimeter ALMA.

Spektrum yang penuh hidrokarbon

Cahaya HOPS-68 dilintasi oleh sidik jari banyak molekul karbon:

• hidrogen sianida dan asetilena yang hangat, pada sekitar 320 dan 430 kelvin, dalam jumlah besar — sekitar 20 kali lebih banyak daripada di sekitar bintang “waktu nol” yang lain. Molekul-molekul ini bergerak ke arah kita dengan kecepatan 39 hingga 53 kilometer per detik relatif terhadap bintang, seperti gas pembawa oksigen yang menandai angin yang bertiup dari piringan;
• molekul-molekul yang lebih dingin, sekitar 40 hingga 55 kelvin, termasuk diasetilena (C₄H₂), radikal metil, dan karbon monosulfida, kemungkinan di piringan luar atau di sepanjang dinding rongga yang dipahat oleh aliran keluar (outflow) bintang itu;
• triasetilena (C₆H₂), rantai enam atom karbon, terdeteksi untuk pertama kalinya di sekitar bintang muda.

ALMA menambahkan petunjuk lain: radikal C₂H melapisi dinding rongga aliran keluar, bergerak ke luar bersama semburan (jet) alih-alih jatuh ke dalam.

Zona penghancuran karbon

Para penulis mengusulkan sebuah skenario. Di antara garis jelaga dan titik tempat bahkan karbon amorf menguap — kira-kira 500 hingga 1.200 kelvin — terletak apa yang mereka sebut “zona penghancuran karbon refraktori”: di sana, semua karbon padat meninggalkan butiran dan menjadi gas. Di HOPS-68, wilayah dalam yang sangat panas mendorong zona ini ke luar dan memperluasnya. Karbon yang dilepaskan kemudian ditelan oleh bintang atau dibawa pergi oleh angin piringan.

Bagaimanapun, debu di wilayah tempat planet-planet berbatu terbentuk kehilangan karbonnya. Proses yang sama, menurut tim itu, mungkin turut menyebabkan defisit karbon Bumi. Seberapa banyak karbon yang benar-benar disingkirkan oleh angin itu masih harus diukur.

Lebih jauh ke luar, cahaya ultraungu memecah asetilena menjadi C₂H, yang bereaksi dengan lebih banyak asetilena untuk membangun rantai yang lebih panjang seperti C₄H₂ dan C₆H₂. Antara 900 dan 1.100 kelvin, zona penghancuran itu bahkan mungkin menempa hidrokarbon aromatik polisiklik, seperti dalam nyala api — sesuatu yang masih harus dikonfirmasi.

Dari protobintang ke asteroid

Studi ini memiliki dua konsekuensi yang lebih luas. Pertama, rantai karbon yang terlihat di sekitar bintang-bintang muda lain biasanya dikaitkan dengan gas yang jatuh dari selubung di sekitarnya; di HOPS-68, rantai-rantai itu jelas mengalir ke luar, yang menunjukkan bahwa kimia ini mungkin justru menandai aliran keluar.

Kedua, sampel yang dibawa pulang dari asteroid Ryugu dan Bennu mengandung banyak materi organik berbentuk rantai (“alifatik”). Karena rantai-rantai panjang di HOPS-68 terbentuk di luar angin, rantai-rantai itu tidak tertiup pergi; kelak rantai-rantai itu dapat jatuh kembali ke piringan luar. Para penulis mengusulkan bahwa rantai semacam itu mungkin turut menyumbang materi organik asteroid dan meteorit. Jika demikian, HOPS-68 akan memperlihatkan, dalam satu sistem muda, baik pembentukan butiran-butiran meteorit itu maupun materi kaya karbon tempat butiran-butiran itu tertanam — sebuah batu Rosetta bagi pembentukan benda-benda kecil pertama dalam sebuah sistem planet.