Bintang hipervelositas

Bintang hipercepat (Inggris: hypervelocity star atau HVS) adalah bintang yang bergerak dengan kecepatan ekstrem (lebih dari 1000 km/detik). Bintang-bintang ini dihasilkan oleh sebuah perjumpaan (encounter) dinamik antara bintang ganda dekat dengan lubang hitam di Pusat Galaksi kita. Keberadaan bintang jenis ini pertama kali diformulasikan oleh Jack Hills[1] (1988) sebagai sebuah simulasi teoritik.

Teori

Bila sebuah sistem bintang ganda dekat bergerak mendekati sebuah lubang hitam, maka bintang yang satu akan ditarik mengorbit lubang hitam tersebut sementara energi bintang ganda tersebut akan ditransfer ke bintang yang satu. Akibat dari tambahan energi kinetik ini, bintang ini memperoleh tambahan kecepatan dan terlontar dengan kecepatan yang amat tinggi. Hills menamakan bintang jenis ini Hypervelocity Star (HVS) atau Bintang Hipercepat. Tidak ada mekanisme lain yang diketahui dapat melontarkan bintang dari Pusat Galaksi dengan kecepatan sangat tinggi seperti skenario yang diformulasikan oleh Hills, oleh karena itu bila Bintang Hipercepat benar-benar ada, maka ini akan menjadi bukti adanya lubang hitam masif di Pusat Galaksi kita. Namun peristiwa pelontaran ini sangatlah langka. Hills menghitung hanya ada 1 bintang hipercepat dengan kecepatan di atas 1400 km/detik yang dilontarkan dari Pusat Galaksi kita setiap 1000 tahun.[1] Kemungkinan hanya ada 6000 bintang hipercepat di dalam Galaksi kita.

Perhitungan selanjutnya oleh Qingjuan Yu dan Scott Tremaine[2] (2003) mengusulkan dua mekanisme tambahan untuk melontarkan bintang hipercepat dari Pusat Galaksi: perjumpaan antara dua bintang tunggal, dan perjumpaan tiga-benda (three-body encounter) antara sebuah bintang tunggal dengan lubang hitam ganda (binary black holes). Dari perhitungan mereka, diperoleh hasil: 1) laju pelontaran melalui mekanisme perjumpaan dua bintang tunggal adalah 10−11 per tahun, artinya hanya 1 bintang setiap 100 miliar tahun yang akan terlontar dengan cara ini dari Pusat Galaksi. Angka ini sangat rendah dan dapat diabaikan. 2) Juga sesuai dengan perhitungan Hills, saat ini kira-kira hanya ada 1000 bintang hipercepat dalam Galaksi kita. Karena jumlah bintang dalam Galaksi kita paling tidak berjumlah 1011 (seratus miliar) bintang, maka bintang hipercepat sangatlah langka. Alessia Gualandris et al.[3] (2005) kemudian mempelajari bagaimana lubang hitam supermasif (lubang hitam dengan massa jutaan kali massa matahari) melontarkan bintang-bintang melalui eksperimen hamburan dan menemukan bahwa 1) lubang hitam supermasif melontarkan bintang hipercepat dengan kecepatan yang amat tinggi sementara 2) lubang hitam ganda melontarkan bintang dengan frekuensi yang lebih sering. Dalam kasus di mana lubang hitam massa menengah (intermediate-mass black hole) mengorbit mendekati (dengan orbit spiral) lubang hitam supermasif, Yuri Levin[4] menemukan bahwa lubang hitam massa menengah tersebut akan melontarkan bintang hipercepat dalam suatu semburan yang akan berlangsung beberapa saat, dan juga bahwa sebagian besar bintang akan dilontarkan ke segala arah. Bila orbit lubang hitam massa menengah tersebut cukup eksentrik (orbit berbentuk elips), bintang-bintang yang dilontarkan akan disemburkan ke arah tertentu dan membentuk sebuah jet yang cukup lebar.

Meskipun langka, bintang hipercepat sangat penting untuk membuktikan keberadaan lubang hitam di Pusat Galaksi kita. Bintang ini juga dapat membantu kita memahami dinamika di Pusat Galaksi. Oleg Gnedin[5] juga menunjukkan bahwa bila kita mengetahui arah gerak bintang hipercepat dengan baik, maka kita dapat mengetahui bentuk dan orientasi dari halo Galaksi kita. Frekuensi pelontaran mereka, kelas spektrum mereka, serta distribusi mereka dapat membantu kita memahami pembentukan bintang di Pusat Galaksi kita (Kollmeier & Gould, 2007).[6]

Penemuan bintang hipercepat

Ringkasan 7 bintang hipercepat yang telah ditemukan (Mei 2007)
Nama Kecepatan Jarak Waktu tempuh Nama Katalog Sumber
km/detik kpc juta tahun
HVS1 +709 71 160 SDSS J090745.0+024507 1
HVS2 +717 19 32 US 708 2
HVS3 +548 61 100 HE 04375439 3
HVS4 +563 75 130 SDSS J091301.0+305120 4
HVS5 +643 55 90 SDSS J091759.5+672238 4
HVS6 +508 75 160 SDSS J110557.45+093439 4
HVS7 +418 55 120 SDSS J113312.12+010824.9 4
Keterangan kolom:

Kecepatan: Kecepatan bintang relatif terhadap Pusat Galaksi

Jarak: Jarak bintang dari matahari

Waktu lontar: Perkiraan waktu yang telah ditempuh bintang tersebut dari Pusat Galaksi semenjak pelontarannya

Sumber:

1 = Warren Brown et al. (2005)[7]

2 = H.A. Hirsch et al. (2005)[8]

3 = H. Edelmann et al. (2005)[9]

4 = Warren Brown et al. (2006)[10]

Pada tahun 2005, dalam sebuah survey kinematika bintang-bintang panas di cabang horizontal (blue horizontal branch), Warren Brown et al. (2005) secara tidak terduga menemukan bintang hipercepat pertama,[7] yaitu SDSS J090745.0+024507. Jarak bintang diperkirakan antara 39 atau 71 kpc (kiloparsec) dari matahari. Kecepatan radial bintang ini adalah 850 km/detik, sementara kecepatannya relatif terhadap pusat Galaksi paling tidak adalah 710 km/detik. Pada jarak menengah bintang ini, yaitu 55 kpc, massa total Galaksi hingga jarak ini diperkirakan sebesar 5.4×1011 kali massa matahari dan kecepatan untuk lolos dari ikatan gravitasi Bima Sakti adalah 305 km/detik. Dengan demikian bintang ini bergerak dengan kecepatan paling tidak 2 kali lipat kecepatan lolos Galaksi. Pengamatan berikutnya oleh Cesar Fuentes et al. (2006) menemukan bahwa bintang ini adalah sebuah bintang variabel dengan amplitudo rendah, dan memastikan bahwa bintang ini adalah deret utama dengan kelas spektrum B9. Jarak bintang ini dengan demikian adalah 71 kpc.[11]

Hingga saat ini, 6 buah bintang hipercepat yang dilontarkan dari Pusat Galaksi telah ditemukan oleh Warren Brown et al. (2005,[7] 2006[10]) dan juga oleh H.A. Hirsch et al. (2005)[8]), sementara 1 buah bintang hipercepat yang ditemukan oleh H. Edelmann (2005) diduga dilontarkan dari Awan Magellan Besar.[9] Tabel di samping menguraikan data ketujuh bintang hipercepat yang telah ditemukan.

Referensi

  1. ^ a b Hills, J.G. (1988). "Hyper-velocity and tidal stars from binaries disrupted by a massive Galactic black hole". Nature (331): 687–689. [pranala nonaktif permanen]
  2. ^ Yu, Qingjuan (2003). "Ejection of Hypervelocity Stars by the (Binary) Black Hole in the Galactic Center" (PDF). The Astrophysical Journal. 599: 1129–1138.  [pranala nonaktif permanen]
  3. ^ Gualandris, Alessia (2005). "Three-body encounters in the Galactic Centre: the origin of the hypervelocity star SDSS J090745.0+024507" (PDF). MNRAS. 363: 223–228. 
  4. ^ Levin, Yuri (2006). "Ejection of High-Velocity Stars from the Galactic Center by an Inspiraling Intermediate-Mass Black Hole" (PDF). The Astrophysical Journal. 653: 1203–1209. [pranala nonaktif permanen]
  5. ^ Gnedin, Oleg Y. (2005). "Probing the Shape of the Galactic Halo with Hypervelocity Stars" (PDF). The Astrophysical Journal. 634: 344–350.  [pranala nonaktif permanen]
  6. ^ Kollmeier, Juna A. (2007). "Where are the Old-Population High Velocity Stars?" (PDF). The Astrophysical Journal (submitted). 
  7. ^ a b c Brown, Warren R. (2005). "Discovery of an Unbound Hypervelocity Star in the Milky Way Halo" (PDF). The Astrophysical Journal. 622: L33–L36.  [pranala nonaktif permanen]
  8. ^ a b Hirsch, H.A. (2005). "US 708 - an unbound hyper-velocity subluminous O star" (PDF). Astronomy and Astrophysics. 444: L61–L64. 
  9. ^ a b Edelmann, H. (2005). "HE 0437-5439: An Unbound Hypervelocity Main-Sequence B-Type Star" (PDF). The Astrophysical Journal. 634: L181–L184.  [pranala nonaktif permanen]
  10. ^ a b Brown, Warren R. (2006). "A Successful Targeted Search for Hypervelocity Stars" (PDF). The Astrophysical Journal. 640: L35–L38.  [pranala nonaktif permanen]
  11. ^ Fuentes, Cesar I. (2006). "The Hypervelocity Star SDSS J090745.0+024507 Is Variable" (PDF). The Astrophysical Journal. 636: L37–L40.  [pranala nonaktif permanen]