Pulsar

Bagaimana bintang mati menjadi mercusuar kosmik

Langkah demi langkah

Bintang seukuran kota

Saat bintang bermassa lebih dari delapan Matahari mati, intinya runtuh menjadi bintang neutron: sekitar 1,4 kali massa Matahari dalam bola berdiameter sekitar 22 km.

Bintang besar bersinar dengan menggabungkan atom-atom ringan menjadi atom yang lebih berat di intinya. Begitu intinya menjadi besi, api itu padam, karena menggabungkan besi tidak menghasilkan energi. Tanpa apa pun yang menopangnya, inti yang kira-kira sebesar Bumi itu runtuh ke dalam dirinya sendiri dalam waktu kurang dari satu detik.

Tekanannya begitu besar sehingga elektron terdesak masuk ke dalam proton dan mengubahnya menjadi neutron. Keruntuhan baru berhenti ketika neutron-neutron terkemas serapat di dalam inti atom. Sisa bintang terlempar ke angkasa dalam supernova, dan yang tertinggal adalah bintang neutron.

Selain lubang hitam, tidak ada yang diketahui lebih padat: sebongkah gula batu dari bintang neutron akan seberat semua manusia di Bumi digabungkan. Gravitasinya membelokkan cahaya. Cincin bintang-bintang yang tampak meregang di sekelilingnya adalah cahaya bintang yang dibelokkan oleh tarikannya, dan sekitar empat perlima permukaannya terlihat sekaligus.

Magnet yang berputar

Keruntuhan itu membuatnya berputar cepat dan memampatkan medan magnetnya hingga triliunan kali kekuatan medan magnet Bumi. Kutub magnetnya miring terhadap sumbu putarnya.

Bayangkan seorang pemain seluncur yang menarik lengannya dan berputar lebih cepat. Inti bintang yang sekarat itu berputar pelan, tetapi ketika menyusut dari seukuran Bumi menjadi seukuran kota, putarannya menjadi ratusan ribu kali lebih cepat. Bintang neutron yang baru lahir bisa berputar berkali-kali dalam sedetik.

Pemampatan itu juga memadatkan medan magnet bintang ke ruang yang jauh lebih kecil, sehingga medan itu menjadi jauh lebih kuat. Beberapa bintang neutron, yang disebut magnetar, bahkan seribu kali lebih kuat lagi: magnet terkuat yang diketahui.

Seperti di Bumi, kutub magnet tidak berada di tempat sumbu putar keluar. Garis putus-putus putih adalah sumbu tempat bintang berputar, sedangkan yang ungu adalah sumbu magnetnya, yang miring terhadapnya. Kemiringan itulah yang akan mengubah bintang menjadi mercusuar.

Dua berkas

Di atas kutub magnet, partikel yang terenggut dari permukaan melesat keluar di sepanjang medan dan memancarkan dua berkas sempit gelombang radio. Radio tak kasatmata, jadi di sini digambar hijau.

Magnet yang berputar menghasilkan listrik: begitulah cara kerja generator di pembangkit listrik. Bintang neutron adalah generator raksasa. Putarannya menghasilkan tegangan triliunan volt, cukup kuat untuk merenggut elektron dan partikel bermuatan lain dari permukaannya.

Partikel bermuatan hanya bisa bergerak di sepanjang garis medan magnet, seperti manik-manik pada kawat. Di atas setiap kutub magnet, garis-garis itu mengarah ke luar angkasa, dan di sana partikel dilontarkan keluar hampir secepat cahaya. Dalam perjalanannya, mereka memancarkan gelombang radio dalam kerucut sempit: berkas. Bagaimana tepatnya itu terjadi masih menjadi teka-teki yang sedang dipecahkan para ilmuwan.

Energi berkas berasal dari putaran bintang, sehingga setiap pulsar perlahan melambat selama jutaan tahun. Sebagian, seperti pulsar Kepiting dan pulsar Vela, juga berkedip dalam cahaya tampak, sinar-X, dan sinar gamma.

Mercusuar kosmik

Saat bintang itu berputar, berkasnya menyapu langit seperti cahaya mercusuar. Setiap kali salah satunya melintasi Bumi, teleskop radio menangkap satu denyut.

Berkas-berkas itu melekat pada kutub magnet, dan kutub itu miring, sehingga saat bintang berputar setiap berkas menyapu lingkaran di langit. Bintang itu tidak menyala dan padam: seperti lampu mercusuar, ia bersinar terus, dan kita hanya melihat kilatan saat sebuah berkas mengarah ke kita.

Panah emas menunjukkan arah ke Bumi. Garis hijau di atas teks adalah sinyal radio seperti yang direkam teleskop radio di Bumi: datar saat berkas mengarah ke tempat lain, dan melonjak setiap kali satu berkas menyapu kita.

Berkas sebagian besar pulsar tidak pernah melintasi Bumi, sehingga kita sama sekali tidak dapat melihatnya. Meski begitu, lebih dari 4.000 pulsar telah ditemukan, hampir semuanya di galaksi kita sendiri.

Kecepatan aslinya

Dalam gerak lambat, setiap putaran bisa diikuti. Pulsar Vela sebenarnya berputar 11 kali per detik, dan yang tercepat yang diketahui 716 kali. Pilih pulsar untuk melihat dan mendengarnya.

Sampai di sini putarannya diperlambat agar Anda bisa mengikutinya. Tombol di atas beralih antara gerak lambat dan kecepatan nyata, dan daftar di sebelahnya berisi empat pulsar sungguhan, dari yang pertama kali ditemukan, yang berputar sekali setiap 1,34 detik, hingga yang tercepat yang diketahui.

Yang tercepat, PSR J1748−2446ad, berputar 716 kali per detik: khatulistiwanya berputar sekitar seperlima kecepatan cahaya. Pulsar secepat ini adalah pulsar tua yang dipercepat lagi. Sebuah bintang pendamping menuangkan gas ke atasnya, mendorongnya berputar makin cepat, seperti tangan yang mendorong komidi putar.

Dengan suara aktif, Anda bisa mendengar bedanya. Pulsar lambat berdentum seperti drum, yang cepat berdengung, dan pada ratusan denyut per detik, dentumannya melebur menjadi nada musik.

Silinder cahaya

Medan magnet tertambat pada bintang dan berputar bersamanya, seperti jari-jari roda. Makin jauh di sepanjang jari-jari, makin cepat geraknya, sama seperti tepi komidi putar bergerak lebih cepat daripada bagian tengahnya.

Di dalamnya, garis medan melengkung kembali ke bintang, dan partikel di atasnya ikut berputar bersamanya. Garis yang akan menjangkau lebih jauh tidak bisa menutup: garis itu membuka dan menjulur keluar dalam spiral, membawa angin partikel hampir secepat cahaya. Di sekitar pulsar Kepiting, angin ini menerangi seluruh Nebula Kepiting yang lebarnya sekitar 11 tahun cahaya.

Jam di langit

Jocelyn Bell Burnell menemukan pulsar pertama pada 1967. Pulsar menjaga waktu begitu teratur sehingga peta 14 pulsar di wahana Pioneer dan Voyager menunjukkan letak Matahari kita.

Pada 1967, Jocelyn Bell Burnell, seorang mahasiswi di Cambridge, melihat sedikit “coretan” pada rekaman kertas dari teleskop radio yang ikut ia bangun: denyut berjarak 1,34 detik, teratur seperti jam. Setengah bercanda, timnya menamai sumber itu LGM-1, singkatan dari “little green men” (manusia hijau kecil), sampai sumber lain ditemukan dan ternyata semuanya bintang neutron yang berputar.

Hadiah Nobel 1974 untuk penemuan ini diberikan kepada pembimbingnya, Antony Hewish, tetapi tidak kepadanya. Pada 2018 ia memenangkan Breakthrough Prize senilai 3 juta dolar dan menyumbangkan seluruhnya untuk membantu mahasiswa dari kelompok yang kurang terwakili dalam fisika.

Pulsar tercepat menjaga waktu hampir setepat jam atom. Pengukuran waktu sebuah pulsar mengungkap planet pertama yang pernah ditemukan mengitari bintang lain, pada 1992. Dan dengan mengukur waktu 68 pulsar selama 15 tahun, para astronom pada 2023 menemukan tanda-tanda gelombang gravitasi, riak ruang itu sendiri, yang melintasi galaksi kita.

Peta pada plakat Pioneer dan piringan Voyager menunjukkan arah, jarak, dan ketukan 14 pulsar dilihat dari Matahari. Pulsar melambat secara teratur, jadi siapa pun yang menemukannya bisa mengetahui bukan hanya dari mana wahana itu berasal, tetapi juga kira-kira kapan berangkat.