Eta Carinae adalah sistem bintang biner (ganda) paling terang dan padat yang berjarak 10.000 tahun cahaya dari Bumi, dikenal memiliki perilaku yang unik, meledak dua kali pada abad ke-19 dan sampai saat ini para ilmuan belum mengetahui apa sebabnya. Sebuah studi jangka panjang yang dipimpin oleh astronom di NASA Goddard Space Flight Center di Greenbelt, Maryland, menggunakan satelit NASA, teleskop berbasis darat dan pemodelan teoritis untuk menghasilkan gambar yang paling komprehensif dari Eta Carinae sampai saat ini. Temuan terbaru gambar dari Teleskop Ruang Angkasa Hubble menunjukkan citra berumur puluhan tahun lalu dari gas terionisasi bintang terbesar yang melaju satu juta mil per jam ini, model 3D terbaru yang mengungkapkan sifat-sifat interaksi bintang ini tidak pernah dilihat sebelumnya.
“Kami datang untuk memahami keadaan dan lingkungan obyek yang luar biasa kompleks ini, tapi kami memiliki perjalanan panjang untuk menjelaskan ledakan masa lalu Eta Carinae atau untuk memprediksi perilaku masa depan,” kata astrofisikawan Goddard Ted Gull, yang telah mengkoordinasikan kelompok riset dalam mengamati bintang ini lebih dari satu dekade.
Berbicara pada konferensi pers pertemuan American Astronomical Society di Seattle, para peneliti Goddard membahas pengamatan Eta Carinae baru-baru ini dan bagaimana mereka mencocokan pemahaman saat ini dari sistem Eta Carinae.
Pada pengamatan lebih dekat di titik fokus bintang (periastron), bintang-bintang ini terpisah 140 juta mil jaraknya (225 juta kilometer), atau sekitar jarak rata-rata antara Mars dan matahari. Para astronom mengamati perubahan dramatis dalam sistem selama berbulan-bulan sebelum dan sesudah periastron. Ini termasuk pancaran sinar-X, diikuti dengan penurunan tiba-tiba dan pemulihan akhir emisi sinar-X; hilang dan munculnya kembali struktur bintang dekat terdeteksi pada panjang gelombang tertentu dari cahaya tampak; dan bahkan perubahan cahaya dan bayangan terjadi di bintang yang kecil di sekitar bintang utama (pusat).
Selama 11 tahun terakhir, mencakup tiga bagian periastron, kelompok Goddard telah mengembangkan model yang didasarkan pada pengamatan rutin bintang menggunakan teleskop berbasis darat dan beberapa satelit NASA. “Kami menggunakan pengamatan terakhir untuk membangun sebuah simulasi komputer, yang membantu kami memprediksi apa yang akan kita lihat pada siklus berikutnya, dan kemudian kita menyuplai pengamatan baru kembali ke model untuk lebih memperbaikinya,” kata Thomas Madura, seorang doktor dari program riset NASA di Goddard dan tim teoritis Eta Carinae.
Simulasi yang dilakukan oleh Thomas Madura, yang menggunakan superkomputer Pleiades di Ames Research Center NASA di Moffett Field, California, mengungkapkan kompleksitas interaksi angin. Ketika bintang rekannya melaju cepat di sekitar bintang utama, angin lebih cepat mengukir keluar rongga spiral dari aliran padat bintang yang lebih besar. Untuk lebih memvisualisasikan interaksi ini, Madura mengkonversi simulasi komputer model digital 3D dan membuat versi padat menggunakan printer 3D. Proses ini mengungkapkan tonjolan seperti tulang belakang di aliran gas sepanjang tepi rongga, ciri khas yang belum pernah dilihat sebelumnya.Menurut model ini, interaksi dua angin bintang menyumbang banyak perubahan periodik yang diamati dalam sistem. Angin dari setiap bintang memiliki sifat yang sangat berbeda: tebal dan lambat untuk bintang yang utama, sedangkan tipis dan cepat untuk rekan bintangnya yang lebih panas. Angin di bintang utama berhembus hampir 1 juta mph dan sangat padat, membawa pergi massa setara dengan matahari kita setiap seribu tahun. Sebaliknya, angin bintang rekannya membawa materi sekitar 100 kali lebih kecil dari yang utama, tetapi melaju keluar arah enam kali lebih cepat.
“Kami pikir struktur ini adalah nyata dan mereka terbentuk sebagai akibat dari ketidakstabilan aliran di bulan sekitarnya,” kata Madura. “Saya ingin membuat cetakan simulasi 3D untuk lebih memvisualisasikannya, yang ternyata jauh lebih berhasil daripada yang pernah saya bayangkan.” Sebuah paper yang merinci penelitian ini telah disampaikan kepada jurnal Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society.
“Perubahan sinar-X adalah penyelidikan langsung dari zona tumbukan angin dan mencerminkan perubahan bagaimana bintang-bintang ini kehilangan massa,” kata Michael Corcoran, seorang astrofisikawan Universities Space Research Association yang berkantor pusat di Columbia, Maryland. Dia dan rekan-rekannya membandingkan emisi periastron yang diukur selama 20 tahun terakhir oleh NASA Rossi X-ray Timing Explorer, yang menghentikan operasinya pada tahun 2012, dan Teleskop sinar-X dari satelit Swift NASA. Pada bulan Juli 2014, bintang ini melaju ke arah satu sama lain, Swift mengamati serangkaian flare yang berpuncak pada emisi sinar-X terang belum terlihat pada Eta Carinae. Ini berarti terjadi perubahan kehilangan massa oleh salah satu bintang, namun sinar-X sendiri tidak bisa menentukan yang mana.Tim merinci beberapa kunci pengamatan yang mengungkapkan beberapa sistem di dalamnya. Selama tiga bagian periastron terakhir, teleskop berbasis darat di Brazil, Chili, Australia dan Selandia Baru telah memantau panjang gelombang tunggal cahaya biru yang dipancarkan oleh atom helium yang telah kehilangan elektron tunggal. Menurut model ini, terlihat kondisi trek emisi helium dari angin bintang utama. Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) di Teleskop Hubble, menangkap panjang gelombang yang berbeda dari cahaya biru yang dipancarkan oleh atom besi yang telah kehilangan dua elektron, yang unik adalah pengungkapan di mana gas dari bintang utama ditetapkan dengan sinar ultraviolet intens bintang rekannya. Terakhir, sinar-X dari sistem membawa informasi secara langsung dari zona tumbukan angin, di mana angin berlawanan arah menciptakan gelombang kejut gas panas dengan ratusan juta derajat.
Goddard Mairan Teodoro memimpin ekspedisi berbasis darat yang melacak emisi helium mengatakan “Emisi di tahun 2014 hampir identik dengan apa yang kita lihat di periastron sebelumnya pada tahun 2009, yang menunjukkan angin utama telah konstan dan angin rekannya bertanggung jawab atas pancaran sinar-X,” jelasnya.
Setelah astronot NASA memperbaiki instrumen STIS pada Telescope Hubble pada tahun 2009, Gull dan rekan-rekannya diminta untuk menggunakannya mengamati Eta Carinae. Dengan memisahkan cahaya bintang dalam spektrum seperti pelangi, STIS mengungkapkan perubahan kimia dari lingkungan Era Carinae. Tetapi spektrum itu juga menunjukkan struktur tipis bintang terdekat yang membuat instrumen tersebut dapat digunakan untuk memetakan daerah terdalam sistem bintang biner (ganda) yang tidak pernah terlihat serinci ini sebelumnya.
Gambar yang dihasilkan, mengungkapkan untuk pertama kalinya pada hari Rabu (7 Januari 2015), menunjukkan bahwa emisi besi terionisasi ganda yang berasal dari struktur gas kompleks membentang hampir sepersepuluh tahun cahaya jauhnya, Gull mengumpamakannya seperti kepiting biru di Maryland. Melalui gambar STIS, tempurung besar gas mewakili “capit” kepiting yang dapat dilihat melaju jauh dari bintang-bintang dengan kecepatan yang diukur sekitar 1 juta mph (1,6 juta km / jam). Dengan masing-masing pendekatan lebih dekat, sebuah bentuk rongga spiral angin bintang besar bersamaan dengan perluasan bagian luarnya, seperti kerangka yang bergerak.STIS melihat melalui satu celah sempit untuk membatasi kontaminasi dari sumber lain. Sejak Desember 2010, tim Gull telah teratur memetakan wilayah pusat pada sistem bintang biner dengan menangkap spektrum di 41 lokasi yang berbeda, upaya yang sama untuk membangun sebuah gambar panorama dari serangkaian snapshot. Penglihatan STIS mencakup sekitar 430 miliar mil (670 miliar km), atau sekitar 4.600 kali rata-rata jarak Bumi-Matahari.
“Selongsong gas ini bertahan selama ribuan kali jarak antara Bumi dan matahari,” Gull menjelaskan. “Backtracking-nya, kita menemukan kerangka mulai bergerak menjauh dari bintang utama sekitar 11 tahun atau tiga bagian periastron lalu, menyediakan kami cara tambahan untuk melihat sekilas apa yang terjadi di masa lalu.”
Ketika bintang-bintang saling mendekat, rekannya menjadi tenggelam ke bagian paling tebal dari angin utama, menyerap sinar UV dan mencegah radiasi mencapai gas sejauh bagian kerangka. Tanpa energi ini, besi yang terionisasi ganda berhenti memancarkan cahaya dan struktur kepiting menghilang pada panjang gelombang ini. Setelah bintang rekannya disekitar bintang utamanya dan membersihkan angin terpadat, yang lolos sinar UV, kembali memberikan energi-atom besi dalam kerangka, dan muncul seperti kepiting kembali.
Kedua bintang besar Eta Carinae mungkin suatu hari mengakhiri hidup mereka dalam ledakan supernova. Untuk bintang, massa menentukan akhir takdirnya, dan apa yang akan menentukan nasib akhir mereka adalah berapa banyak materi yang hilang – melalui angin bintang atau ledakan yang belum bisa dijelaskan- sebelum mereka kehabisan bahan bakar dan runtuhnya berat massa-nya sendiri.
Untuk saat ini, para peneliti mengatakan, tidak ada bukti yang menunjukkan kematian bintang ini dengan baik. Mereka menjelajahi data periastron 2014 untuk membuat prediksi terbaru, dan akan diuji lagi ketika bintang-bintang ini berinteraksi bersamaan pada bulan Februari tahun 2020.
NASA sedang menjajaki tata surya kita dan di ruang angkasa untuk memahami alam semesta dan di tempat kita berada di dalamnya. Kami berusaha untuk mengungkap rahasia alam semesta kita, asal-usulnya dan evolusinya, dan mencari kehidupan di antara bintang-bintang.
