KATAI MERAH: PENEMUAN, KARAKTERISTIK, EVOLUSI, KOMPOSISI - ARTE - 2025

Sebuah katai merah adalah, bintang keren kecil yang massanya antara 0,08 dan 0,8 kali massa Matahari Mereka adalah bintang paling banyak dan paling lama hidup di alam semesta: sampai tiga-perempat dari semua yang dikenal selama ini. Karena luminositasnya yang rendah, mereka tidak dapat diamati dengan mata telanjang, meskipun jumlahnya banyak di sekitar Matahari: dari 30 bintang di dekatnya, 20 di antaranya adalah katai merah.

Yang paling terkenal karena kedekatannya dengan kita adalah Proxima Centauri, di konstelasi Centaurus, 4,2 tahun cahaya jauhnya. Ini ditemukan pada tahun 1915 oleh astronom Skotlandia Robert Innes (1861-1933).

Gambar 1. Katai merah Proxima Centauri merupakan bagian dari sistem bintang Alpha Centauri di konstelasi Centauri. Sumber: ESA / Hubble & NASA melalui Wikimedia Commons.

Namun, sebelum Proxima Centauri ditemukan, teleskop astronom Prancis Joseph de Lalande (1732-1802) telah menemukan katai merah Lalande 21185, di konstelasi Ursa Major.

Istilah "katai merah" digunakan untuk merujuk pada berbagai kelas bintang, termasuk yang memiliki tipe spektral K dan M, serta katai coklat, bintang yang sebenarnya tidak demikian, karena tidak pernah memiliki massa yang cukup untuk memulai reaktornya intern.

Jenis spektral sesuai dengan suhu permukaan bintang, dan cahayanya terurai menjadi serangkaian garis yang sangat khas.

Misalnya, tipe spektral K memiliki suhu antara 5000 dan 3500 K dan sesuai dengan bintang kuning-oranye, sedangkan suhu tipe M kurang dari 3500 K dan mereka adalah bintang merah.

Matahari kita adalah spektral tipe G, berwarna kuning dan memiliki temperatur permukaan antara 5000 dan 6000 K. Bintang dengan tipe spektral tertentu memiliki banyak kesamaan karakteristik, yang paling menentukan adalah massa. Menurut massa sebuah bintang, begitu pula evolusinya.

Karakteristik katai merah

Katai merah memiliki karakteristik tertentu yang membedakannya. Kami telah menyebutkan beberapa di awal:

-Ukuran kecil.

Suhu permukaan rendah.

Tingkat pembakaran material rendah.

-Luminositas rendah.

Massa

Massa, seperti yang telah kami katakan, adalah atribut utama yang menentukan kategori yang dicapai oleh sebuah bintang. Katai merah sangat melimpah karena lebih banyak bintang bermassa rendah yang terbentuk daripada bintang masif.

Namun anehnya, waktu yang dibutuhkan untuk membentuk bintang bermassa rendah lebih lama daripada bintang yang sangat masif. Ini tumbuh lebih cepat karena gaya gravitasi yang memadatkan materi di pusat lebih besar, lebih banyak massanya.

Dan kita tahu bahwa sejumlah massa kritis diperlukan agar suhu sesuai, untuk memulai reaksi fusi. Dengan cara ini bintang memulai kehidupan dewasanya.

Matahari membutuhkan waktu puluhan juta tahun untuk terbentuk, tetapi sebuah bintang yang 5 kali lebih besar membutuhkan waktu kurang dari satu juta tahun, sedangkan yang paling masif dapat mulai bersinar dalam ratusan ribu tahun.

Suhu

Suhu permukaan, seperti yang telah disebutkan, merupakan karakteristik penting lainnya yang menentukan katai merah. Ini harus kurang dari 5000K, tetapi tidak kurang dari 2000K, jika tidak maka akan terlalu keren untuk menjadi bintang sejati.

Objek bintang dengan suhu di bawah 2000 K tidak dapat memiliki inti fusi dan merupakan bintang yang dibatalkan, yang tidak pernah mencapai massa kritis: katai coklat.

Analisis garis spektrum yang lebih dalam dapat memastikan perbedaan antara katai merah dan katai coklat. Misalnya, bukti litium menunjukkan bahwa itu adalah katai merah, tetapi jika itu adalah metana atau amonia, itu mungkin katai coklat.

Jenis spektral dan diagram Hertzsprung-Russell

Diagram Hertzsprung-Russell (diagram HR) adalah grafik yang menunjukkan karakteristik dan evolusi sebuah bintang menurut karakteristik spektralnya. Ini termasuk suhu permukaan, yang seperti yang telah kami katakan adalah faktor penentu, serta luminositasnya.

Variabel yang menyusun grafik adalah luminositas pada sumbu vertikal dan temperatur efektif pada sumbu horizontal. Itu dibuat secara independen pada awal 1900-an oleh astronom Ejnar Hertzsprung dan Henry Russell.

Gambar 2. Diagram HR yang menunjukkan katai merah di deretan utama, di pojok kanan bawah. Sumber: Wikimedia Commons. ITU.

Menurut spektrumnya, bintang-bintang dikelompokkan menurut klasifikasi spektral Harvard, yang menunjukkan suhu bintang dalam urutan huruf berikut:

OBAFGKM

Kita mulai dengan bintang terpanas, tipe O, sedangkan yang terdingin adalah tipe M. Pada gambar, tipe spektral berada di bagian bawah grafik, pada bilah berwarna biru di sebelah kiri hingga mencapai merah di sebelah kanan.

Di dalam setiap jenis terdapat variasi, karena garis spektrum memiliki intensitas yang berbeda, maka setiap jenis dibagi menjadi 10 subkategori yang dilambangkan dengan angka dari 0 sampai 9. Semakin rendah angkanya, semakin panas bintangnya. Misalnya Matahari adalah tipe G2 dan Proxima Centauri adalah M6.

Wilayah pusat grafik, yang berjalan secara diagonal, disebut deret utama. Sebagian besar bintang ada di sana, tetapi evolusinya dapat membuat mereka pergi dan menempatkan diri dalam kategori lain, seperti raksasa merah atau katai putih. Itu semua tergantung massa bintang.

Kehidupan katai merah selalu berlangsung di deret utama, dan dari segi tipe spektral, tidak semua katai kelas M adalah katai merah, meskipun sebagian besar demikian. Namun di kelas ini juga terdapat bintang supergiant seperti Betelgeuse dan Antares (kanan atas diagram HR).

Evolusi

Kehidupan bintang mana pun dimulai dengan runtuhnya materi antarbintang berkat aksi gravitasi. Saat materi menggumpal, ia berputar semakin cepat dan mendatar menjadi piringan, berkat kekekalan momentum sudut. Di tengah adalah protobintang, embrio, begitu juga dengan bintang masa depan.

Seiring berjalannya waktu, suhu dan densitas meningkat, hingga massa kritis tercapai, di mana reaktor fusi memulai aktivitasnya. Ini adalah sumber energi bintang di masa mendatang dan membutuhkan suhu inti sekitar 8 juta K.

Penyalaan di inti menstabilkan bintang, karena ia mengkompensasi gaya gravitasi, sehingga menimbulkan kesetimbangan hidrostatis. Ini membutuhkan massa antara 0,01 dan 100 kali massa Matahari. Jika massanya lebih besar, panas berlebih akan menyebabkan malapetaka yang akan menghancurkan protobintang.

Gambar 3. Dalam katai merah, fusi hidrogen dalam inti menyeimbangkan gaya gravitasi. Sumber: F. Zapata.

Setelah reaktor fusi dimulai dan kesetimbangan tercapai, bintang-bintang berakhir di urutan utama diagram HR. Katai merah memancarkan energi dengan sangat lambat, sehingga pasokan hidrogennya bertahan lama. Cara katai merah memancarkan energi adalah melalui mekanisme konveksi.

Konversi penghasil energi hidrogen menjadi helium dilakukan pada katai merah dengan rantai proton-proton, urutan di mana satu ion hidrogen bergabung dengan yang lain. Suhu sangat mempengaruhi cara terjadinya fusi ini.

Setelah hidrogen habis, reaktor bintang berhenti bekerja dan proses pendinginan yang lambat dimulai.

Rantai proton-proton

Reaksi ini sangat umum terjadi pada bintang yang baru bergabung dengan deret utama, serta pada katai merah. Ini dimulai seperti ini:

¹ ₁ H + ¹ ₁ H → ² ₁ H + e ⁺ + ν

Di mana e ⁺ adalah positron, identik dalam segala hal dengan elektron, kecuali muatannya positif dan ν adalah neutrino, partikel ringan dan sukar dipahami. Untuk bagiannya ² ₁ H adalah deuterium atau hidrogen berat.

Kemudian itu terjadi:

¹ ₁ H + ² ₁ H → ³ ₂ He + γ

Yang terakhir, γ melambangkan foton. Kedua reaksi tersebut terjadi dua kali, menghasilkan:

³ ₂ He + ³ ₂ He → ⁴ ₂ He + 2 ( ¹ ₁ H)

Bagaimana bintang menghasilkan energi dengan melakukan ini? Nah, ada sedikit perbedaan dalam massa reaksinya, sebagian kecil massa yang hilang diubah menjadi energi menurut persamaan Einstein yang terkenal:

E = mc ²

Karena reaksi ini terjadi berkali-kali yang melibatkan sejumlah besar partikel, energi yang diperoleh sangat besar. Tapi ini bukan satu-satunya reaksi yang terjadi di dalam bintang, meskipun paling sering terjadi pada katai merah.

Waktu hidup seorang bintang

Berapa lama sebuah bintang hidup juga bergantung pada massanya. Persamaan berikut adalah perkiraan waktu itu:

T = M ^-2,5

Di sini T adalah waktu dan M adalah massa. Penggunaan huruf kapital tepat, karena waktu dan besarnya massanya.

Bintang seperti Matahari hidup sekitar 10 miliar tahun, tetapi bintang yang 30 kali massa Matahari hidup 30 juta tahun dan bintang lain yang lebih masif dapat hidup sekitar 2 juta tahun. Bagaimanapun, itu adalah keabadian bagi manusia.

Katai merah hidup lebih lama dari itu, berkat kesederhanaan mereka menghabiskan bahan bakar nuklir mereka. Untuk keperluan waktu seperti yang kita alami, katai merah bertahan selamanya, karena waktu yang dibutuhkan untuk menguras hidrogen dari inti melebihi perkiraan usia Semesta.

Belum ada katai merah yang mati, jadi semua yang bisa berspekulasi tentang berapa lama mereka hidup dan apa akhir mereka adalah karena simulasi model komputer yang dibuat dengan informasi yang kami miliki tentang mereka.

Menurut model ini, para ilmuwan memperkirakan bahwa ketika katai merah kehabisan hidrogen, katai itu akan berubah menjadi katai biru.

Tidak ada yang pernah melihat bintang seperti ini, tetapi saat hidrogen habis, katai merah tidak berkembang menjadi bintang raksasa merah, seperti yang akan terjadi pada Matahari kita suatu hari nanti. Itu hanya meningkatkan radioaktivitasnya dan dengan itu suhu permukaannya, menjadi biru.

Komposisi katai merah

Komposisi bintang sangat mirip, sebagian besar adalah bola hidrogen dan helium yang sangat besar. Mereka mempertahankan beberapa elemen yang ada dalam gas dan debu yang memunculkannya, jadi mereka juga mengandung jejak elemen yang dibantu oleh bintang sebelumnya.

Karena alasan ini, komposisi katai merah mirip dengan Matahari, meskipun garis spektrumnya berbeda secara signifikan karena suhu. Jadi, jika sebuah bintang memiliki garis hidrogen yang lemah, itu tidak berarti ia kekurangan unsur ini.

Dalam katai merah terdapat jejak unsur yang lebih berat, yang oleh para astronom disebut "logam".

Dalam astronomi, definisi ini tidak sesuai dengan apa yang umumnya dipahami sebagai logam, karena di sini digunakan untuk merujuk pada unsur apa pun, kecuali hidrogen dan helium.

Latihan

Proses pembentukan bintang itu rumit dan dipengaruhi oleh banyak variabel. Masih banyak yang belum diketahui tentang proses ini, tetapi diyakini sama untuk semua bintang, seperti yang dijelaskan pada segmen sebelumnya.

Faktor yang menentukan ukuran dan warna sebuah bintang, terkait dengan suhunya, adalah jumlah materi yang berhasil ditambahkannya berkat gaya gravitasi.

Masalah yang mengkhawatirkan para astronom dan masih harus diklarifikasi adalah fakta bahwa katai merah mengandung unsur yang lebih berat daripada hidrogen, helium, dan litium.

Di satu sisi, teori Big Bang meramalkan bahwa bintang-bintang pertama yang terbentuk pasti hanya terdiri dari tiga unsur paling ringan. Namun, unsur berat telah terdeteksi pada katai merah.

Dan jika belum ada katai merah yang mati, itu artinya katai merah pertama yang terbentuk pasti masih ada di luar sana, semuanya terdiri dari elemen cahaya.

Kemudian katai merah mungkin terbentuk kemudian, karena keberadaan unsur berat diperlukan dalam penciptaannya. Atau bahwa ada katai merah generasi pertama, tetapi sangat kecil dan dengan kecerahan rendah, mereka belum ditemukan.

Contoh katai merah

Centauri berikutnya

Jaraknya 4,2 tahun cahaya dan memiliki massa yang setara dengan seperdelapan dari Matahari, tetapi 40 kali lebih padat. Proxima memiliki medan magnet yang kuat sehingga rentan terhadap suar.

Proxima juga memiliki setidaknya satu planet yang diketahui: Proxima Centauri b, yang diluncurkan pada 2016. Tapi diyakini telah tersapu oleh suar yang sering dipancarkan bintang tersebut, sehingga kecil kemungkinannya untuk menampung kehidupan, setidaknya tidak seperti yang kita tahu, karena emisi bintang mengandung sinar-X.

Bintang Barnard

Gambar 4. Perbandingan ukuran antara Matahari, bintang Barnard dan planet Jupiter. Sumber: Wikimedia Commons.

Ini adalah katai merah yang sangat dekat, 5,9 tahun cahaya, yang karakteristik utamanya adalah kecepatannya yang tinggi, sekitar 90 km / detik ke arah Matahari.

Itu terlihat melalui teleskop dan seperti Proxima, itu juga rentan terhadap flare dan flare. Baru-baru ini, sebuah planet ditemukan mengorbit bintang Barnard.

Teegarden Star

Katai merah yang hanya memiliki 8% massa Matahari ini berada di konstelasi Aries dan hanya dapat dilihat dengan teleskop yang kuat. Itu adalah salah satu bintang terdekat, pada jarak sekitar 12 tahun cahaya.

Ia ditemukan pada tahun 2002 dan selain memiliki pergerakan yang luar biasa, ia juga memiliki planet di zona layak huni.

Serigala 359

Ia adalah bintang katai merah variabel di konstelasi Leo dan jaraknya hampir 8 tahun cahaya dari Matahari kita. Sebagai bintang variabel, luminositasnya meningkat secara berkala, meskipun suar tidak sekuat Proxima Centauri.

Referensi

1. Adams, F. Red dwarfs dan ujung deret utama. Diperoleh dari: astroscu.unam.mx.
2. Carroll, B. Pengantar Astrofisika Modern. 2nd. Edisi. Pearson.
3. Kosmos. Katai Merah. Diperoleh dari: astronomy.swin.edu.au.
4. Martínez, D. Evolusi bintang. Dipulihkan dari: Google Buku.
5. Taylor, N.Red Dwarfs: Bintang Paling Umum dan Umur Terpanjang. Dipulihkan dari: space.com.
6. Fraknoi, A. Spectra of Stars (dan Brown Dwarfs). Diperoleh dari: phys.libretexts.org.