Para Astronom Telah Menemukan Bintang 'Standar Emas' di Bimasakti

Di lingkungan galaksi Bimasakti, Matahari kita adalah bintang yang relatif terang, dan di dalam lingkungannya, para astronom telah mampu mengidentifikasi rentang elemen terluas di sebuah bintang di luar tata surya kita.

Studi yang dipimpin oleh astronom Universitas Michigan Ian Roederer, telah mengidentifikasi 65 elemen dalam bintang HD 222925. Empat puluh dua elemen yang diidentifikasi adalah elemen berat yang terdaftar di bagian bawah tabel periodik elemen.

Mengidentifikasi unsur-unsur ini dalam satu bintang akan membantu para astronom memahami apa yang disebut "proses penangkapan neutron cepat", atau salah satu cara utama penciptaan unsur-unsur berat di alam semesta. Hasil penelitian mereka tersebut telah diposting di arXiv pada 10 Mei 2022 dengan judul yang panjang: "The R-Process Alliance: A Nearly Complete R-Process Abundance Template Derived from Ultraviolet Spectroscopy of the R-Process-Enhanced Metal-Poor Star HD 222925", dan telah diterima untuk dipublikasikan di Astrophysical Journal Supplement Series.

"Sepengetahuan saya, itu rekor untuk objek apa pun di luar tata surya kita. Dan apa yang membuat bintang ini begitu unik adalah karena ia memiliki proporsi relatif yang sangat tinggi dari unsur-unsur yang tercantum di dua pertiga bagian bawah tabel periodik. Kami bahkan mendeteksi emas," kata Roederer. "Unsur-unsur ini dibuat oleh proses penangkapan neutron yang cepat. Itulah yang sebenarnya kami coba pelajari: fisika dalam memahami bagaimana, di mana, dan kapan elemen-elemen itu dibuat."

Prosesnya, juga disebut dengan "proses-r", dimulai dengan adanya unsur-unsur yang lebih ringan seperti besi. Kemudian, dengan cepat - dalam hitungan detik - neutron ditambahkan ke inti unsur yang lebih ringan. Ini menciptakan elemen yang lebih berat seperti selenium, perak, telurium, platinum, emas, dan thorium, jenis yang ditemukan di bintang HD 222925, dan semuanya jarang terdeteksi di bintang lain, menurut para astronom.

"Anda membutuhkan banyak neutron yang bebas dan kondisi energi yang sangat tinggi untuk membebaskan mereka dan menambahkannya ke inti atom," kata Roederer. "Tidak banyak lingkungan di mana itu bisa terjadi - dua, mungkin."

Salah satu lingkungan ini telah dikonfirmasi: penggabungan bintang-bintang neutron. Bintang neutron adalah inti runtuh dari bintang super-raksasa, dan merupakan benda langit terkecil dan terpadat yang diketahui. Tabrakan pasangan bintang neutron menyebabkan gelombang gravitasi dan pada tahun 2017, astronom pertama kali mendeteksi gelombang gravitasi dari penggabungan bintang neutron. Cara lain proses-r mungkin terjadi adalah setelah ledakan kematian bintang masif.

"Itu adalah langkah maju yang penting: mengenali di mana proses-r dapat terjadi. Namun itu adalah langkah yang jauh lebih besar untuk mengatakan, 'Apa yang sebenarnya dilakukan oleh peristiwa itu? Apa yang diproduksi di sana?" kata Roeder. "Di situlah studi kami masuk."

Unsur-unsur yang diidentifikasi Roederer dan timnya dalam HD 222925 dihasilkan baik dalam supernova masif atau penggabungan bintang-bintang neutron sangat awal di alam semesta. Materi itu dikeluarkan dan dilemparkan kembali ke luar angkasa, di mana ia kemudian direformasi menjadi bintang yang dipelajari Roederer saat ini.

Bintang ini kemudian dapat digunakan sebagai proksi untuk apa yang akan dihasilkan oleh salah satu peristiwa itu. Setiap model yang dikembangkan di masa depan yang menunjukkan bagaimana proses-r atau alam menghasilkan unsur-unsur di dua pertiga terbawah tabel periodik harus memiliki ciri yang sama dengan HD 222925, kata Roederer.

Yang terpenting, para astronom menggunakan instrumen pada Teleskop Luar Angkasa Hubble yang dapat mengumpulkan spektrum ultraviolet. Instrumen ini adalah kunci yang memungkinkan para astronom mengumpulkan cahaya di bagian ultraviolet dari spektrum cahaya yang redup, yang berasal dari bintang keren seperti HD 222925.

Para astronom juga menggunakan salah satu teleskop Magellan di Las Campanas Observatory di Cili untuk mengumpulkan cahaya dari HD 222925 di bagian optik dari spektrum cahaya.

Spektrum ini mengodekan "sidik jari kimia" unsur-unsur di dalam bintang, dan membaca spektrum ini memungkinkan para astronom tidak hanya mengidentifikasi unsur-unsur yang terkandung dalam bintang, tetapi juga berapa banyak unsur yang dikandung bintang.

"Kami sekarang mengetahui output elemen demi elemen yang terperinci dari beberapa peristiwa proses-r yang terjadi di awal alam semesta," kata Anna Frebel, rekan penulis studi dan profesor fisika di Massachusetts Institute of Technology. "Setiap model yang mencoba memahami apa yang terjadi dengan proses-r harus dapat mereproduksi itu."

Frebel membantu dengan interpretasi keseluruhan dari pola kelimpahan elemen HD 222925 dan bagaimana hal itu menginformasikan pemahaman kita tentang asal usul elemen dalam kosmos.