Bagaimana Supernova Terbentuk: Fisika Dibalik Ledakan Terbesar Alam Semesta

Supernova adalah ledakan akhir kehidupan sebuah bintang. Menurut NASA, ledakan ini dapat menjadi miliaran kali lebih terang dari Matahari untuk periode singkat, menghancurkan bintang dalam satu peristiwa katastrofik tunggal. Astronom mengelompokkan supernova ke dalam dua keluarga besar, yang didefinisikan oleh pemicu fisika yang berbeda: supernova runtuh-inti dan supernova Tipe Ia (termonuklir).

Runtuh-Inti: Ketika Bintang Masif Kehabisan Bahan Bakar

Departemen Energi AS menjelaskan bahwa sebagian besar hidup sebuah bintang, gravitasi ke dalam dan tekanan keluar dari fusi nuklir seimbang. Pada bintang yang setidaknya delapan kali lebih besar dari Matahari, keseimbangan ini akhirnya pecah. Ketika inti menghabiskan bahan bakar nuklirnya dan mendingin, tekanan internal menurun, dan gravitasi tiba-tiba mengambil alih, menyebabkan bintang runtuh dalam hitungan detik, menurut agensi.

NASA menjelaskan proses yang sama secara lebih detail: massa terus mengalir ke dalam inti saat fusi menghasilkan besi, yang tidak dapat difusi lebih lanjut untuk melepaskan energi. Sekali inti besi menjadi terlalu berat untuk menopang berat badannya sendiri, ia meledak dan kemudian memantul kembali, menghasilkan gelombang kejut. Menurut NASA, gelombang kejut ini memanaskan materi sekitarnya, memfusi lapisan luar menjadi elemen baru, dan mengeluarkan materi ke ruang angkasa. Mekanisme ini menghasilkan apa yang dikelompokkan astronom sebagai supernova Tipe II, Ib dan Ic, tergantung lapisan luar mana yang sudah ditumpahkan bintang sebelum meledak.

Tipe Ia: Reaksi Rantai Termonuklir pada Katai Putih

Mekanisme kedua tidak melibatkan bintang masif sama sekali. Supernova Tipe Ia terjadi dalam sistem biner di mana katai putih — sisa padat dari bintang seperti Matahari — mengorbit bintang pendamping dan secara bertahap menarik materi darinya. Ketika katai putih mendapatkan massa, suhu internalnya naik. NASA menjelaskan bahwa begitu katai putih melebihi kira-kira 1,4 kali massa Matahari, ambang batas yang dikenal sebagai batas Chandrasekhar, suhu menjadi cukup ekstrim untuk menyalakan fusi tak terkendali elemen yang lebih berat, menyebabkan katai putih meledak. Departemen Energi menambahkan bahwa dalam beberapa sistem biner, dua katai putih malah bertabrakan, mencapai hasil yang sama ledaknya.

Karena ledakan dipicu pada batas massa yang konsisten, supernova Tipe Ia melepaskan jumlah energi yang serupa setiap kali. NASA mencatat bahwa astronom menggunakannya sebagai lilin standar: dengan membandingkan seberapa terang supernova Tipe Ia tampak dari Bumi dengan kecerahan intrinsiknya yang diketahui, peneliti dapat menghitung jarak ke galaksi yang menjadi tuan rumahnya. NASA juga menyatakan bahwa peristiwa Tipe Ia terjadi kira-kira sekali setiap 500 tahun di Galaksi Bimasakti.

Apa yang Terjadi Setelah Ledakan

Sisa yang ditinggalkan tergantung pada berapa banyak massa yang bertahan dari runtuhan inti. NASA menyatakan bahwa jika inti yang tersisa di bawah sekitar tiga massa matahari, ia stabil menjadi bintang neutron ultra-padat; di atas ambang batas itu, ia terus runtuh menjadi lubang hitam. Departemen Energi menjelaskan hasil umum yang sama: bintang yang sangat besar meninggalkan lubang hitam, sementara sisa yang lebih kecil menjadi bintang neutron ultra-padat.

Supernova juga membantu menciptakan elemen kimia baru. NASA mencatat bahwa fusi dalam gelombang kejut ledakan menghasilkan elemen baru saat mengeluarkan materi ke ruang angkasa. Dalam peristiwa terkait tetapi terpisah yang disebut kilonova, yang terjadi ketika dua bintang neutron bergabung, NASA mengatakan kondisi kaya-neutron memungkinkan atom untuk berfusi menjadi elemen berat seperti emas dan platinum. Departemen Energi menyatakan bahwa supernova terjadi di suatu tempat di alam semesta kira-kira setiap 10 detik.

Contoh Hidup: SN 1987A

Ilustrasi dunia nyata yang paling jelas dari runtuhan inti berasal dari Supernova 1987A. Menurut tim teleskop Webb Badan Antariksa Eropa, cahaya ledakan mencapai Bumi pada Februari 1987 dari Awan Magellan Besar, kira-kira 160.000 tahun cahaya jauhnya, menjadikannya supernova pertama yang terlihat dengan mata telanjang sejak 1604. Pada Februari 2024, ESA melaporkan bahwa instrumen MIRI dan NIRSpec Teleskop Antariksa James Webb mendeteksi argon terionisasi — atom yang dilucuti dari lima elektron — di pusat sisa, tanda tangan yang memerlukan sumber yang sangat energik.

ESA menggambarkan ini sebagai bukti langsung pertama bahwa supernova runtuh-inti menghasilkan bintang neutron daripada lubang hitam dalam kasus yang dapat diamati astronom hampir sejak saat ledakan, mengkonfirmasi prediksi teoritis puluhan tahun dengan data nyata.

Supernova Runtuh-Inti vs. Tipe Ia