Presentasi materi 4 pfba

BINTANG & GALAKSIBINTANG & GALAKSI

• Pembangkitan Energi • Klasifikasi Bintang: Kelas spektrum & luminositas• Bintang Ganda• Asal – Usul dan Tipe GalaksiKompetensi Dasar:Memahami konsep bintang & galaksi

Judhistira Aria Utama, M.Si.Lab. Bumi & Antariksa

Jur. Pendidikan Fisika FPMIPA UPI

2

Pembangkitan EnergiPembangkitan EnergiBintang-bintang terbentuk dari keruntuhan

material di bawah pengaruh gravitasi. Berapa lama energi potensial gravitasi mam-pu mensuplai energi yang membuat bintangtetap bersinar (gravitational lifetime)?

Energi potensial gravitasi bola homogen bermassa M dengan radius R dan kerapatan :

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

23 GMU

5 R

3

Kala hidup = Energi yang disimpan : Laju energi yang dipancarkan

g

2

g 2 4ef

Et

dE dt

3 GM5 R

t4 R T

Kala hidup yang diperoleh disebut sebagai Kelvin time.

Bagaimana dengan usia temuan fosil/batuan?

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

4

Sumber energi alternatif reaksi kimia.Energi total = Energi dari total atom di dalam bintang Apa unsur yang paling banyak di bintang– bintang?Dengan menganggap setiap atom

menyum-bang 1 eV energi, maka:

2 4ef

EKala hidup

dE dt

partikel Energi tiap atom

4 R T

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

5

Solusi bagi sumber energi di bintang-bintang reaksi nuklir.

Ragam reaksi nuklir:* Reaksi peluruhan Pemancaran partikel (, ,

dan )* Reaksi fisi Pembentukan unsur-unsur ringan

dari unsur berat* Reaksi fusi Pembentukan unsur berat dari

unsur-unsur ringanReaksi fusi:

unsur-unsur ringan tersedia melimpah sulit dimulai

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

6

Untuk bintang-bintang yang masih berada di deret utama (main sequence), sumber utama energinya konversi 1H1 menjadi 4He2.

Jenis reaksi fusi nuklir untuk bintang-bintang seperti Matahari adalah reaksi proton – proton.

1 1 2

2 1 3

3 3 4 1 1

H H H e 2x

H H He 2x

He He He H H

Reaksi netto mengubah 4 1H1 menjadi 1 4He2.

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

7

Defek massa:

4 massa proton 1 massa helium 0,007 massa proton

Hanya 0,7% dari massa masing-masing proton

yang dikonversi menjadi energiEnergi yang dibangkitkan:

2E mcKala hidup bintang:

nuklirnuklir

Et

dE dt

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

8

LatihanJika hanya 10% dari massa Matahari (1,99x1030 kg) yang berada di pusat bintang yang memiliki temperatur tinggi bagi berlangsungnya reaksi nuklir, taksirlah kala hidup Matahari yang diperoleh dari reaksi nuklir tersebut!Petunjuk:dE/dt = Luminositas = 4R2Tef

4,

Radius Matahari = 696.000 kmTemperatur efektif Matahari = 5800 K

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

9

Klasifikasi BintangKlasifikasi Bintang

Spektrum bintang berbeda antara satu dengan lainnya Bagaimana pembentukan spektrum bintang?

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

10

Hukum Kirchoff tentang Hukum Kirchoff tentang Pembentukan Spektrum BintangPembentukan Spektrum Bintang

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

11

Klasifikasi Spektrum Klasifikasi Spektrum BintangBintangKlasifikasi Spektrum Klasifikasi Spektrum BintangBintang

A. J. Cannon(1863 –

1941)

Oh, Be, A, Fine, Girl, Kiss, Me

Oh, Be, A, Fine, Guy, Kiss, Me

Klasifikasi spektrum bintang yang sekarang digunakan merupakan karya Miss Cannon yang merupakan perbaikan dari klasifikasi Miss Maury.

Klasifikasi Miss Annie J. Cannon:O B A F G K M

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

12

SubkelasSubkelasKlasifikasi spektrum bintang O, B, A, F, G, K, M masih dapat dibagi lagi ke dalam sub-subkelas, yaitu:

O0, O1, O2, O3, ………, O9B0, B1, B2, B3, . . . . . . . . ., B9A0, A1, A2, A3, ...………, A9F0, F1, F2, F3, ………….., F9dstM0, M1, M2, M3, ………..., M9Spektrum bintang berbeda antara satu dengan

lainnya Perbedaan komposisi kimia Perbedaan temperatur permukaan

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

13

Klasifikasi Luminositas Klasifikasi Luminositas BintangBintangBintang dalam kelas spektrum tertentu

ternyata dapat mempunyai luminositas yang berbeda.

Pada tahun 1913, Adam dan Kohlscutter di Observatorium Mount Wilson menunjukkan ketebalan beberapa garis spektrum dapat digunakan untuk menentukan luminositas bintang.

Berdasarkan hal ini, pada tahun 1943 Morgan dan Keenan dari Observatorium Yerkes membagi bintang dalam kelas luminositas yaitu:

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

14

Kelas IaKelas Ia Maharaksasa yang sangat Maharaksasa yang sangat terangterang

Kelas IbKelas Ib Maharaksasa yang kurang Maharaksasa yang kurang terangterang

Kelas IIKelas II Raksasa yang terangRaksasa yang terang

Kelas III Kelas III RaksasaRaksasa

Kelas IVKelas IV SubraksasaSubraksasa

Kelas VKelas V Deret utamaDeret utama

Kelas luminositas bintang dari Morgan-Keenan (MK) digambarkan dalam diagram Hertzprung-Russell (diagram HR).

Kelas Luminositas Bintang (Kelas Kelas Luminositas Bintang (Kelas MK)MK)

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

Simulator Ragam Simulator Ragam SpektrumSpektrum

15Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

Simulator Diagram HRSimulator Diagram HR

16Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

Bagaimana Menghitung Bagaimana Menghitung Luminositas?Luminositas?

Judhistira Aria Utama | TA 2009 - 2010 17

18

G2 V : Bintang deret utama kelas spektrum G2

Klasifikasi spektrum bintang sekarang ini merupakan penggabungan dari kelas spektrum dan kelas luminositas.

G2 Ia : Bintang maharaksasa yang sangat terang kelas spektrum G2

B5 III : Bintang raksasa kelas spektrum B5B5 IV : Bintang subraksasa kelas spektrum

B5

Contoh:

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

19

O5 V

B0 V

B5 V

A1 V

A5 V

F0 V

F5 V

G0 V

G4 V

K0 V

K5 V

M0 V

M5 V

HHβHγHδH

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

20

Bintang GandaBintang GandaBintang ganda (binary stars) adalah

dua buah bintang yang terikat satu sama lain di bawah pengaruh interaksi gravitasi bersama. Apabila sistem bintang ini lebih dari

dua, maka disebut sebagai bintang majemuk (multiple stars).

Bintang primer

Bintang sekunder

Periastron

Apastron

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

21

Dalam gerak orbitnya, kedua komponen bintang ganda bergerak mengitari pusat massa sistem dalam lintasan yang berupa elips dengan titik pusat massa berada di titik fokus elips orbit tersebut.

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

22

i

Ωω

periastron

garis node

utara

pengamat

bidang

langit

atitik fokus

bidang

orbit

Komponen orbit Komponen orbit bintang gandabintang ganda

Garis node: garis potong antara bidang orbit dengan bidang langit yang melewati titik fokus elips.

ω = bujur periastron (sudut di bidang orbit dari garis node ke periastron

= kedudukan garis node (sudut di bidang langit dari utara ke garis node)

a = setengah sumbu panjang

i = inklinasi bidang orbit terhadap bidang langit

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

23

Jenis bintang ganda:* Bintang ganda visual* Bintang ganda astrometri* Bintang ganda spektroskopi* Bintang ganda gerhana

T = saat bintang melewati periastron

e = eksentrisitas

P = periode orbit atau kalaedar

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

24

Bintang ganda visual

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

Kedua komponen bintang ganda dapat teramati dengan mudah

dengan bantuan teleskop.

Jarak pisah antarkomponen relatif besar periode orbit

puluhan hingga ratusan tahun.

25

Bintang ganda

gerhana

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

Terjadi penggerhanaa

n antarkompone

n secara periodik yang diketahui dari

perubahan kecerahan/terang bintang

secara berkala.

26

Bintang ganda

astrometri

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

Salah satu komponen bintang ganda tidak dapat diamati karena jauh lebih redup daripada pa-sangannya. Bagaimana mengeta-hui kalau objek ini merupakan sistem bintang ganda?

27

Penentuan Massa komponenPenentuan Massa komponen

Tinjau dua buah bintang yang membentuk sistem bintang ganda dalam orbit lingkaran dengan jarak masing-masing komponen ke pusat massa adalah r1 dan r2. Jarak pusat ke pusat kedua komponen adalah:

1 2

21

1

r r r

r r 1

r

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

28

Dari Teorema Pusat Massa dan Hukum Kekekalan Momentum, didapat:

11 2 2

1 1 2 2

1 2 2

2 1 1

mr mr

mv m v

m r v

m r v

Dari Hukum III Kepler:

31 2

2 2

G m mrP 4

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

29

Selain dengan menggunakan Hukum III Kepler, massa total sistem bintang ganda dapat dihitung pula dengan formula berikut ini:

dengan v1 dan v2 masing-masing menyatakan kecepatan radial komponen 1 dan 2 serta i sudut inklinasi antara bidang orbit dengan bidang langit (bidang yang tegalu lurus terhadap garis pandang pengamat).

3 31 2 1 2

Pv v m m sin i

2 G

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

30

Latihan

1. Sebuah sistem bintang ganda diketahui memiliki periode orbit 10 tahun dengan orbit yang edge-on. Kecepatan radial kedua komponen masing-masing adalah 10 km/s dan 20 km/s. Tentukan massa masing-masing komponen!

2. Sebuah pulsar sinar-X baru dengan periode 42 menit telah ditemukan oleh ilmuwan dari MIT. Bintang netron bergerak dalam orbit lingkaran terhadap pusat massa bersama dengan kecepatan 11 km/s, sementara pasangaannya yang tak terlihat memiliki kecepatan orbit 770 km/s. Carilah massa masing-masing bintang tersebut!

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

31

Latihan

Kurva kecepatan sebuah bintang ganda spektroskopi bergaris ganda dengan sudut inklinasi 900 ditunjukkan di bawah ini. Tentukan periode orbit, kecepatan orbit bintang 1 dan 2, nisbah massa (mass ratio) kedua bintang, dan massa kedua bintang (dalam M)!

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

32

ASAL – USUL & TIPE ASAL – USUL & TIPE GALAKSIGALAKSIGalaksi adalah kumpulan bintang dan materi antarbintang yang terisolasi di bawah pengaruh gravitasi.

Di dalam galaksi

terdapat 107 - 1012 buah

bintang. Di Bima Sakti (Milky Way)

terdapat tidak kurang dari 2x1011 buah

bintang.Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

33

gerak teratur objek-objek piringan

bintang-bintang muda

debu dan gas

debu dan gas jatuh ke bidang

gerak tak beraturan objek-objek halo

“Adakah mekanisme

yang mengantarka

n galaksi untuk

sampai pada bentuknya

yang sekarang?”

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

34

Klasifikasi GalaksiKlasifikasi GalaksiGalaksi diklasifikasikan menurut morfologinya.Klasifikasi yang tegas sulit dilakukan citra

yang berbeda-beda.Klasifikasi yang biasa digunakan adalah skema

klasifikasi “garpu tala” Hubble-Sandage:

© Chaisson & McMillanAstronomy Today

Rasio Bulge/disk

Keterbukaan lengan

Jumlah debu dan gasTipe awal Tipe akhir

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

35

Bima Sakti adalah galaksi spiral (tipe Sbc?).

Memiliki ketiga komponen galaksi: piringan (disk), tonjolan (bulge), dan

struktur bola (halo) yang melingkupi disk dan

bulge.

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013

36

Piringan Galaksi Halo Galaksi Bulge Galaksi

Relatif datar (highly flatte-ned)

Relatif sferis dengan sedikit saja pendataran

Berbentuk lonjong

Dihuni oleh bintang-bintang muda dan tua

Dihuni oleh bintang-bintang tua

Dihuni oleh bintang-bintang muda dan tua (lebih banyak bintang tua di jarak yang lebih besar dari pusat galaksi)

Mengandung gas dan debu

Tidak mengandung gas dan debu

Mengandung gas dan debu, terutama di daerah sebelah dalam

Daerah pembentukan bin-tang

Tidak terjadi proses pem-bentukan bintang

Daerah sebelah dalam menjadi tempat pemben-tukan bintang

Gas dan bintang-bintang bergerak dalam orbit me-lingkar di bidang galaksi

Bintang-bintang di dalamnya bergerak dalam orbit yang acak

Bintang-bintang di dalam-nya bergerak dalam orbit yang acak

Terdapat lengan spiral

Terdapat gugus bola dan arus pasang (tidal stream)

Terdapat cincin gas dan debu di dekat pusat

Berwarna putih dengan lengan spiral yang biru

Berwarna kemerahanBerwarna kuning-

putih

Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013