Bintang: Perbedaan antara revisi

Konten dihapus Konten ditambahkan
Boriezz (bicara | kontrib)
Menambah bagian →‎Struktur
Boriezz (bicara | kontrib)
Menambahkan bagian →‎Jalur reaksi fusi nuklir
Baris 371:
==Struktur==
{{Main|Struktur bintang}}
[[Image:Estrellatipos.png|350px|left|thumb|Struktur bagian dalam bintang [[deret utama]], zona konveksi ditunjukkan dengan lingkaran bertanda panah dan zona radiasi dengan panah merah. Sebelah kiri adalah [[katai merah]] '''bermassa rendah''', di tengah adalah [[katai kuning]] '''berukuran sedang''' dan di sebelah kanan [[klasifikasi bintang|bintang deret utama biru-putih]] '''masif'''.]]
Bagian dalam dari bintang stabil berada dalam keadaan [[kesetimbangan hidrostatis|setimbang secara hidrostatis]], di mana gaya akibat [[gradien]] tekanan dari dalam bintang yang mendorong ke luar mengimbangi gaya gravitasi yang menarik ke dalam. [[Gradien tekanan]] ini diakibatkan oleh gradien suhu plasma bintang, yang tinggi pada bagian luarnya dan semakin dingin mendekati intinya. Suhu inti sebuah bintang deret utama atau bintang raksasa paling tidak berada dalam besaran 10<sup>7</sup>&nbsp;°C. Suhu dan tekanan yang dialami inti pembakar hidrogen pada bintang deret utama cukup untuk memungkinkan [[fusi nuklir]] terjadi dan untuk menghasilkan energi yang cukup guna menghindari keruntuhan bintang.<ref name="hansen">{{cite book | last1=Hansen | first1=Carl J. | last2=Kawaler | first2=Steven D. |last3=Trimble | first3=Virginia | pages=32–33 | title=Stellar Interiors | publisher=Springer | year=2004 | isbn=0-387-20089-4 }}</ref><ref name="Schwarzschild">{{cite book
| first=Martin | last=Schwarzschild | title=Structure and Evolution of the Stars | publisher=Princeton University Press | year=1958 | isbn=0-691-08044-5}}<!-- Book republished by Dover as ISBN 0-486-61479-4, but ISBN in the cite book template is the one as published by Prin. Univ. Press--></ref>
 
Ketika mengalami fusi nuklir dalam inti bintang, inti atom memancarkan energi dalam bentuk [[sinar gama]]. Foton-foton ini berinteraksi dengan plasma sekitarnya dan meningkatkan energi termal pada inti. Bintang-bintang deret utama mengubah hidrogen menjadi helium yang membuat proporsi helium dalam intinya meningkat secara perlahan namun pasti. Akhirnya muatan helium akan menjadi dominan dan produksi energi pun berhenti dalam inti. Namun bagi bintang yang bermassa lebih dari 0,4&nbsp;kali massa matahari, reaksi fusi terjadi pada lapisan yang perlahan mengembang di sekitar inti helium [[materi degenerat|degenerat]].<ref>{{cite web | url =http://aether.lbl.gov/www/tour/elements/stellar/stellar_a.html | title = Formation of the High Mass Elements | publisher = Smoot Group | accessdate = 2006-07-11 }}</ref>
 
Selain kesetimbangan hidrostatis, bagian dalam sebuah bintang yang stabil juga akan mempertahankan [[kesetimbangan termal]]. Terdapat gradien suhu di seluruh bagian dalam bintang yang mengakibatkan aliran energi mengalir ke bagian luar. Aliran energi yang meninggalkan tiap lapisan dalam bintang ini akan sama dengan aliran yang datang dari bawah tiap lapisan.
Baris 381:
[[Zona radiasi]] adalah daerah pada bagian dalam bintang di mana transfer radiatif cukup efisien untuk mempertahankan aliran energi. Dalam daerah ini plasma bintang tidak akan bergerak dan setiap gerakan massa akan terhenti. Namun, jika tidak demikian, maka plasma menjadi tidak stabil dan akan terjadi konveksi yang membentuk [[zona konveksi]]. Hal ini dapat terjadi misalnya pada daerah di mana aliran energi yang sangat tinggi terjadi, seperti dekat inti bintang atau di daerah dengan [[kelegapan]] (''opacity'') tinggi seperti pada lapisan luar.<ref name="Schwarzschild" />
 
Terjadinya konveksi pada lapisan luar bintang deret utama bergantung pada massanya. Bintang dengan massa berapa kali massa matahari memiliki zona konveksi jauh di bagian dalam bintang dan zona radiasi pada lapisan luar. Bintang yang lebih kecil seperti matahari adalah kebalikannya, dengan zona konveksi yang terletak di lapisan luar.<ref name="imagine">{{cite web | date =2006-09-01 | url =http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l2/stars.html | title = What is a Star? | publisher = NASA | accessdate = 2006-07-11 }}</ref> Katai merah dengan massa kurang dari 0,4 kali massa matahari hanya memiliki zona konveksi di seluruh lapisannya sehingga mencegah terbentuknya inti helium.<ref name="late stages" /> Pada sebagian besar bintang, zona konveksi juga akan berubah-ubah dari waktu ke waktu seiring dengan menuanya bintang dan berubahnya susunan inti bintang.<ref name="Schwarzschild" />
[[File:Sun parts big.jpg|thumb|360px|right|Diagram ini menunjukkan bagian dalam [[matahari]]. ''citra NASA'']]
 
Baris 392:
| accessdate=2006-07-10 }}</ref> Keberadaan korona tampaknya bergantung pada zona konveksi pada lapisan luar bintang.<ref name="imagine" /> Meskipun suhunya tinggi, korona hanya memancarkan sedikit sekali cahaya. Wilayah korona matahari biasanya hanya terlihat pada [[gerhana matahari]].
 
Dari korona, [[angin bintang]] bermuatan partikel plasma mengembang keluar dari bintang, menyebar hingga berinteraksi dengan [[medium antarbintang]]. Untuk Matahari, pengaruh [[angin surya]]nya meluas hingga ke seluruh wilayah [[heliosphereheliosfer]] yang berbentuk gelembung.<ref>{{cite journal | display-authors=1
| last1=Burlaga | first1=L. F. | last2=Ness | first2=N. F. | last3=Acuña | first3=M. H. | last4=Lepping | first4=R. P. | last5=Connerney | first5=J. E. P. | last6=Stone | first6=E. C. | last7=McDonald | first7=F. B.
| title=Crossing the Termination Shock into the Heliosheath: Magnetic Fields
| journal=Science | year=2005 | volume=309
| issue=5743 | pages=2027–2029 | doi= 10.1126/science.1117542
| pmid=16179471 | bibcode=2005Sci...309.2027B }}</ref>
 
== Jalur reaksi fusi nuklir ==
{{Main|Nukleosintesis bintang}}
{{Multiple image|direction=vertical|align=right|image1=FusionintheSun.svg|image2=CNO Cycle.svg|width=200|caption1=Diagram rantai proton-proton|caption2=Siklus karbon-nitrogen-oksigen}}
Berbagai reaksi fusi nuklir yang berbeda berlangsung dalam inti bintang sebagai bagian dari [[nukleosintesis bintang]], dengan bergantung pada massa dan komposisinya. Massa bersih inti atom yang terfusi lebih kecil dari jumlah massa inti-inti atom pembentuknya. Massa yang hilang ini dilepaskan sebagai energi elektromagnetik, sesuai dengan hukum [[kesetaraan massa-energi]] di mana ''E''&nbsp;=&nbsp;''mc''<sup>2</sup>.<ref name="sunshine" />
 
Proses fusi hidrogen adalah proses yang peka suhu. Sedikit saja peningkatan suhu inti akan menyebabkan peningkatan laju fusi yang cukup besar. Akibatnya, suhu inti bintang-bintang deret utama hanya bervariasi dari 4 juta derajat celsius untuk bintang kelas M yang kecil hingga 40 juta derajat celsius untuk bintang kelas O yang masif.<ref name="aps_mss">{{cite web
| date=February 16, 2005 | url=http://www.astrophysicsspectator.com/topics/stars/MainSequence.html
| title=Main Sequence Stars
| publisher=The Astrophysics Spectator
| accessdate=2006-10-10 }}</ref>
 
Pada inti matahari yang bersuhu 10&nbsp;juta derajat celsius, hidrogen di-fusi hingga membentuk helium dalam [[reaksi rantai proton-proton]]:<ref name="synthesis">{{cite journal | display-authors=1 | last1=Wallerstein | first1=G. |last2=Iben Jr. | first2=I. | last3=Parker |first3=P. | last4=Boesgaard | first4=A. M. | last5=Hale | first5=G. M. | last6=Champagne | first6=A. E. | last7=Barnes | first7=C. A. | last8=KM-dppeler |first8=F. | last9=Smith | first9=V. V. | last10=Hoffman | first10=R. D. | last11=Timmes | first11=F. X. |last12=Sneden | first12=C. | last13=Boyd | first13=R. N. | last14=Meyer | first14=B. S. |last15=Lambert | first15=D. L. |title=Synthesis of the elements in stars: forty years of progress | journal=Reviews of Modern Physics | year=1999 | volume=69 |issue=4 | pages=995–1084 |url=http://authors.library.caltech.edu/10255/1/WALrmp97.pdf| format=PDF | accessdate=2006-08-04 |doi=10.1103/RevModPhys.69.995 | bibcode=1997RvMP...69..995W}}</ref>
:4[[Hidrogen-1|<sup>1</sup>H]] → 2[[deuterium|<sup>2</sup>H]] + 2[[positron|e<sup>+</sup>]] + 2[[neutrino|ν<sub>e</sub>]] (4.0 M[[electronvolt|eV]] + 1.0 MeV)
:2<sup>1</sup>H + 2<sup>2</sup>H → 2[[Helium-3|<sup>3</sup>He]] + 2[[photon|γ]] (5.5 MeV)
:2<sup>3</sup>He → [[Helium-4|<sup>4</sup>He]] + 2<sup>1</sup>H (12.9 MeV)
 
Reaksi-reaksi ini menghasilkan reaksi keseluruhan:
 
:4<sup>1</sup>H → <sup>4</sup>He + 2e<sup>+</sup> + 2γ + 2ν<sub>e</sub> (26.7 MeV)
 
di mana e<sup>+</sup> adalah [[positron]], γ adalah foton sinar gama, ν<sub>e</sub> adalah [[neutrino]], dan H dan He masing-masing isotop hidrogen dan helium. Energi yang dilepaskan oleh reaksi adalah dalam jutaan elektronvolt, yang sebenarnya hanyalah jumlah energi yang sangat kecil. Namun reaksi ini terus-menerus terjadi dalam jumlah yang banyak, menghasilkan seluruh energi yang dibutuhkan untuk mempertahankan produksi radiasi bintang.
 
{| class="wikitable" style="float: left;"
|+ Massa minimum bintang yang dibutuhkan untuk reaksi fusi
|-
!Unsur
![[Massa matahari|Massa<br />matahari]]
|-
| Hidrogen ||style="text-align: center;"| 0,01
|-
| Helium ||style="text-align: center;"| 0,4
|-
| Karbon ||style="text-align: center;"| 5<ref>{{cite journal
| last1=Girardi | first1=L. | last2=Bressan | first2=A. | last3=Bertelli | first3=G. | last4=Chiosi | first4=C. |title=Evolutionary tracks and isochrones for low- and intermediate-mass stars: From 0.15 to 7 M<sub>sun</sub>, and from Z=0.0004 to 0.03
| journal=Astronomy and Astrophysics Supplement
| year=2000 | volume=141
| issue=3 | pages=371–383
| doi=10.1051/aas:2000126 |arxiv = astro-ph/9910164 |bibcode = 2000A&AS..141..371G }}</ref>
|-
| Neon ||style="text-align: center;"| 8
|}
Dalam bintang yang lebih masif, helium dihasilkan dalam siklus reaksi yang di[[katalisasi]] oleh karbon yang disebut [[Siklus CNO|siklus karbon-nitrogen-oksigen]].<ref name="synthesis" />
 
Dalam bintang yang sudah berkembang, dengan suhu inti 100 juta derajat celsius dan massa antara 0,5 dan 10 kali massa matahari, helium dapat diubah menjadi karbon lewat [[proses tripel alfa]] yang menggunakan [[berilium]] sebagai unsur perantaranya:<ref name="synthesis" />
 
:<sup>4</sup>He + <sup>4</sup>He + 92 keV → [[Isotop berilium|<sup>8*</sup>Be]]
:<sup>4</sup>He + <sup>8*</sup>Be + 67 keV → <sup>12*</sup>C
:<sup>12*</sup>C → [[Karbon-12|<sup>12</sup>C]] + γ + 7.4 MeV
 
Dengan keseluruhan reaksi berupa:
 
:3<sup>4</sup>He → <sup>12</sup>C + γ + 7.2 MeV
 
Dalam bintang masif, unsur-unsur yang lebih berat dapat juga dibakar dalam inti yang mengerut lewat [[proses pembakaran neon]] dan[[proses pembakaran oksigen]]. Tahapan akhir proses nukleosintesis bintang adalah [[proses pembakaran silikon]] yang mengakibatkan dihasilkannya isotop besi-56 yang stabil. Setelah itu reaksi fusi tidak dapat diteruskan lagi kecuali lewat proses [[endotermik]], sehingga energi yang lebih banyak hanya dapat dihasilkan lewat runtuhan gravitasi.<ref name="synthesis" />
 
Contoh di bawah ini menunjukkan waktu yang dibutuhkan bintang bermassa 20 kali massa matahari untuk menghabiskan seluruh bahan bakar nuklirnya. Bintang ini masuk dalam kategori bintang kelas O yang berukuran delapan kali jari-jari matahari dan memiliki lumonisitas 62.000 kali matahari.<ref>{{cite journal | last1=Woosley | first1=S. E. | last2=Heger | first2=A. | last3=Weaver | first3=T. A. |title=The evolution and explosion of massive stars | journal=Reviews of Modern Physics | year=2002 | volume=74 | issue=4 |pages=1015–1071 | bibcode=2002RvMP...74.1015W | doi = 10.1103/RevModPhys.74.1015}}</ref>
{{-}}
{| class="wikitable" style="margin: 1em auto 1em auto;"
|-
!valign="bottom"| Materi<br />bahan bakar
!valign="bottom"| Suhu<br />(juta derajat celsius)
!valign="bottom"| Massa jenis<br />(kg/cm<sup>3</sup>)
!valign="bottom"| Jangka waktu pembakaran<br />(τ dalam tahun)
|- style="text-align:center;"
|| H
|| 37
|| 0,0045
|| 8,1 juta
|- style="text-align:center;"
|| He
|| 188
|| 0,97
|| 1,2 juta
|- style="text-align:center;"
|| C
|| 870
|| 170
|| 976
|- style="text-align:center;"
|| Ne
|| 1.570
|| 3.100
|| 0,6
|- style="text-align:center;"
|| O
|| 1.980
|| 5.550
|| 1,25
|- style="text-align:center;"
|| S/Si
|| 3.340
|| 33.400
|| 0,0315<ref>11.5 days is 0.0315 years.</ref>
|}
 
== Catatan kaki ==