Dwarf Star: Bintang yang Paling Umum dan Berumur Paling Lama

Apa Itu Dwarf Star (Bintang Katai)?

Bintang katai adalah bintang seperti Matahari yang terbentuk setelah bahan bakar nuklirnya habis. Menjelang akhir tahap pembakaran nuklirnya, bintang jenis ini mengeluarkan sebagian besar material luarnya, sehingga menciptakan nebula planet. Hanya inti bintang yang panas yang tersisa. Inti ini menjadi katai putih yang sangat panas, dengan suhu melebihi 100.000 Kelvin. Kecuali jika ia menyerap materi dari bintang di dekatnya (lihat Variabel Cataclysmic), bintang katai mendingin selama sekitar satu miliar tahun berikutnya. Banyak katai muda di dekatnya telah terdeteksi sebagai sumber sinar-X yang lembut atau berenergi rendah. Baru-baru ini, pengamatan sinar-X yang lembut dan ultraviolet ekstrem telah menjadi alat yang ampuh dalam mempelajari komposisi dan struktur atmosfer tipis bintang-bintang ini.

Karena bintang katai tidak mampu menciptakan tekanan internal (misalnya dari pelepasan energi dari fusi, karena fusi telah berhenti), gravitasi memadatkan materi ke dalam hingga elektron yang menyusun atom katai putih pun saling bertabrakan. Dalam keadaan normal, elektron yang identik (yang memiliki "spin" yang sama) tidak diperbolehkan menempati tingkat energi yang sama. Karena hanya ada dua cara elektron dapat berputar, hanya dua elektron yang dapat menempati satu tingkat energi. Inilah yang dikenal dalam fisika sebagai Prinsip Pengecualian Pauli. Dalam gas normal, ini bukan masalah karena tidak ada cukup elektron yang beredar untuk mengisi semua tingkat energi sepenuhnya.

Namun dalam katai putih, kepadatannya jauh lebih tinggi, dan semua elektron jauh lebih dekat satu sama lain. Ini disebut sebagai gas "degenerasi", yang berarti bahwa semua tingkat energi dalam atomnya diisi dengan elektron. Agar gravitasi dapat memampatkan katai putih lebih jauh, ia harus memaksa elektron ke tempat yang tidak dapat mereka tuju. Setelah bintang mengalami degenerasi, gravitasi tidak dapat lagi memampatkannya, karena mekanika kuantum menyatakan bahwa tidak ada lagi ruang yang tersedia untuk ditempati. Jadi, katai putih kita bertahan hidup, bukan melalui fusi internal, tetapi melalui prinsip mekanika kuantum yang mencegah keruntuhan totalnya.

Massa Bintang Katai

Materi yang terdegenerasi memiliki sifat-sifat lain yang tidak biasa. Misalnya, semakin besar massa katai putih, semakin kecil ukurannya. Ini karena semakin besar massa katai putih, semakin banyak elektronnya yang harus saling menekan untuk mempertahankan tekanan luar yang cukup untuk mendukung massa tambahan. Dengan gravitasi permukaan 100.000 kali lebih besar dari Bumi, atmosfer katai putih sangat aneh. Atom-atom yang lebih berat di atmosfernya tenggelam, dan atom-atom yang lebih ringan tetap berada di permukaan. Beberapa katai putih memiliki atmosfer hidrogen atau helium yang hampir murni, unsur yang paling ringan.

Selain itu, gravitasi menarik atmosfer di sekitarnya dalam lapisan yang sangat tipis. Jika ini terjadi di Bumi, bagian atas atmosfer akan berada di bawah puncak gedung pencakar langit. Para ilmuwan berhipotesis bahwa terdapat kerak setebal 50 km di bawah atmosfer banyak katai putih. Di dasar kerak ini terdapat kisi kristal dari atom karbon dan oksigen. Karena berlian hanyalah karbon yang mengkristal, orang dapat membandingkan katai putih karbon/oksigen dingin dengan berlian.