fotometri gugus bintang terbuka m67 (ngc 2682)

Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 16, No. 2, Oktober 2015
FOTOMETRI GUGUS BINTANG TERBUKA M67 (NGC 2682)
Fajar Ramadhan1, Rhorom Priyatikanto2, Judhistira Aria Utama1
1
Departemen Pendidikan Fisika, Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Pendidikan Indonesia (UPI), Jl. Dr. Setiabudhi 229, Bandung 40154
2
Pusat Sains dan Antariksa
Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional, Jl. Dr. Junjunan no.133 Bandung 40173
*) Email: [email protected]
Abstrak
Gugus bintang terbuka M67 merupakan salah satu gugus bintang paling tua di Galaksi Bima Sakti. Studi
tentang gugus bintang terutama gugus bintang tua bertujuan untuk memahami hal-hal seperti struktur galaksi,
komposisi kimia, populasi bintang, evolusi dinamis dan proses pembentukan bintang-bintang baru di galaksi.
Dengan melakukan pengolahan citra gugus bintang terbuka M67 menggunakan metode fotometri bukaan
(aperture photometry), tujuan penelitian ini adalah menentukan besar nilai usia, pemerahan dan jarak gugus
bintang terbuka M67. Pengolahan citra gugus bintang terbuka M67 memanfaatkan citra yang diambil dengan
menggunakan dua pita yakni pita B dan V. Nilai magnitudo instrumen dalam dua pita diperoleh dengan
memanfaatkan perangkat lunak ImageJ. Transformasi ke sistem standar dilakukan dengan bantuan bintang
standar untuk membangun diagram H-R. Dengan mencocokkan hasil berdasarkan model Isochrone padova,
diperoleh usia gugus bintang terbuka M67 sebesar 3,2 milyar tahun, nilai pemerahan sebesar 0,06 dan jarak
sebesar 909 parsek.
Abstract
M67 is one of the oldest open cluster within Milky Way galaxy and known as the richest star cluster. Star
cluster studies especially old cluster help us to understand galaxy structure, chemical composition, star
population, dynamical evolution and star formation within galaxy. By employing photometric method, the
objective of this research is to determine the age, reddening and distance of M67. The instrumental magnitude
in B and V filter is obtained by using ImageJ software. Transformation to standard system has been done
based on the standard stars within the cluster to construct cluster’s H-R diagram. By employing model of
Padova isochrone for the curve fitting to H-R diagram, the age of M67 is found to be 3.2 billion years,
reddening is 0.06 and its distance 909 parsec.
Keywords: H-R diagram, Isochrone, M67 open cluster, photometric method
1. Pendahuluan
Sejak masa lampau bintang-bintang telah menjadi
bagian dari kebudayaan manusia. Banyak kebudayaan
masa lampau yang menjadikan bintang-bintang
sebagai patokan dalam kegiatan praktik keagamaan,
navigasi, penanda waktu dalam kegiatan agraris dan
masih banyak lagi. Hingga masa kini, ilmu
perbintangan klasik masih dapat digunakan salah
satunya adalah pemanfaatan rasi bintang sebagai
navigasi.
Bintang dapat terbentuk oleh karena adanya
kontraksi awan molekul dalam skala besar (nebula).
Pada prosesnya bintang-bintang terbentuk secara
berkelompok. Kelompok-kelompok bintang ini
disebut sebagai gugus (Cluster) dan dibagi menjadi
beberapa klasifikasi bedasarkan jumlah anggota dan
interaksi gravitasinya, yakni gugus bola (Globular
Cluster), gugus terbuka (Open Cluster), young
massive cluster dan asosiasi bintang. Gugus bintang
memiliki anggota yang lahir dalam waktu yang
hampir bersamaan, oleh karenanya tiap bintang dalam
satu gugus memiliki usia yang hampir sama dan
memudahkan dalam penelitian [1].
Gugus bintang M67 atau NGC 2682 terletak di
konstelasi Cancer. Estimasi usia terbaik yang dapar
diberikan pada gugus bintang M67 berkisar antara 3,1
hingga 5 miliar tahun [2]. Gugus bintang ini
merupakan salah satu gugus bintang tua di galaksi
Bimasakti. Ada juga beberapa anggapan bahwa
10
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 16, No. 2, Oktober 2015
bintang terdekat dengan Bumi yakni Matahari berasal
dari gugus bintang M67 dikarenakan lebih dari seratus
bintang anggotanya memiliki kemiripan dengan
Matahari [3].
Salah satu parameter fisis fundamental gugus
bintang adalah usia dan jarak. Usia gugus bintang
dapat memberikan petunjuk formasi galaksi.
Contohnya, bintang dalam gugus bola merupakan
bintang paling tua dalam galaksi, sehingga dengan
mengetahui usia gugus, dapat diperkirakan pula usia
galaksi dan lebih jauh lagi usia alam semesta.
Sedangkan jarak gugus bintang merupakan besaran
fundamental yang dapat menggambarkan bahwa
mahaluas alam semesta sehingga lebih meyakinkan
manusia bahwa mahabesarnya sang pencipta.
Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan
pemanfaatan studi bintang, gugus bintang dan obyek
astronomi lainnya, manusia akan semakin dekat
dengan misteri alam semesta. Alam semesta
merupakan hal yang masih merupakan misteri bagi
seluruh umat manusia, keberadaanya selalu
menimbulkan tanda tanya besar. Jika pengetahuan
tentang alam semesta dapat terpecahkan, maka hal itu
merupakan salah satu pencapaian tertinggi dalam ilmu
pengetahuan.
memiliki ukuran 256 x 256 piksel. Area langit yang
terpotret merupakan bagian dari gugus bintang M67
berpusat pada α = 8° 41’ 14,62”, δ = 11° 47’ 25,54”
dan bukan merupakan keseluruhan gugus.
Gambar 1. Area Pengamatan Gugus Bintang
M67(Sumber: http://dss.nao.ac.jp)
2. Metode Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada gugus bintang
yang dinamakan gugus bintang terbuka M67 (NGC
2682). Citra gugus terbuka M67 diperoleh dalam sesi
observasi yang dilakukan Dr. Hakim L. Malasan
dengan menggunakan teleskop berdiameter 65 cm,
pada tanggal 27 Januari 2000 dan berlokasi di Gunma
Astronomical Observatory (GAO).
Pengolahan data menggunakan metode
aperture photometry dengan bantuan perangkat lunak.
Aperture photometry adalah metode yang digunakan
untuk mengukur besar fluks atau intensitas cahaya.
Prinsip kerja metode aperture photometry adalah
menempatkan tiga buah lingkaran dengan diameter
beragam, dimana ketiga lingkaran tersebut
ditempatkan sedemikian rupa sehingga mengurung
sumber cahaya. Penggunaan tiga buah lingkaran
memiliki fungsi tersendiri, dimana lingkaran terdalam
digunakan untuk mengukur besar intensitas dari
sumber, lingkaran tengah sebagai area pembatas agar
meyakinkan bahwa intensitas terukur merupakan
intensitas sumber cahaya tanpa dikotori oleh pengaruh
lain, dan lingkaran terluar digunakan untuk mengukur
intensitas langit. Sistem fotometri yang digunakan
adalah sistem fotometri UBV dengan menggunakan
dua buah pita, yakni pita B dan V.
Waktu paparan (exposure time) untuk citra
dengan pita V selama 60 detik, sedangkan untuk citra
dengan pita B selama 120 detik. Pengambilan data
dilakukan pada tanggal 27 Januari 2000. Area gugus
bintang terbuka M67 terpotret di langit memiliki
ukuran 5,8 menit busur, sedangkan pada citra obyek
Gambar 2. Citra Obyek Gugus Bintang Terbuka M67
Sebagai Obyek Penelitian
Terdapat 10 bintang standar dalam area
penelitian yang digunakan sebagai pembanding dan
koreksi ekstingsi atmosfer. Kesepuluh bintang
tersebut disajikan dalam tabel berikut:
Tabel 1. Data Bintang Standar dari Bruce Gary,
Hereford Arizona Observatory (Sumber:
brucegary.net/M67)
R.A.[deg]
Dec.[deg]
B
V
8°51'20.053"
11°46'42.51"
13,37
12,785
8°51'19.865"
11°47'2.66
12,615
12,135
11
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 16, No. 2, Oktober 2015
8°51'26.352"
11°43'53.07"
11,392
11,275
8°51'31.155"
11°45'52.13"
13,201
12,637
8°51'29.845"
11°47'18.23"
11,022
9,675
8°51'25.354"
11°47'35.63"
13,162
12,555
8°51'22.734"
11°48'4.94"
11,587
10,478
8°51'17.120"
11°48'17.76"
11,574
10,331
8°51'22.797"
11°48'51.65"
13,283
12,701
8°51'26.779"
11°48'42.56"
11,094
10,502
Menggunakan bantuan perangkat lunak
ImageJ, multiple aperture photometry dapat dilakukan
sehingga intensitas tiap bintang anggota gugus dapat
terukur. Kemudian dengan menggunakan persamaan
hubungan antara magnitudo dan intensitas berikut:
= −2,5 log +
(1)
magnitudo instrumen dari tiap bintang anggota gugus
bintang terbuka M67 dapat ditentukan.
Koreksi ekstingsi atmosfer perlu dilakukan
pada nilai magnitudo instrumen dikarenakan
pengaruhnya yang membuat berkurangnya intensitas
radiasi sumber akibat partikel dalam atmosfer bumi.
Dampak ekstingsi ini berupa penyerapan dan
penyebaran cahaya. Koefisien ekstingsi atmosfer yang
terukur merupakan hasil perbandingan nilai antara
magnutudo instrumen dengan magnitudo standar.
Dengan rajah magnitudo standar versus magnitudo
instrumen, besar nilai koefisien untuk masing-masing
pita dapat diperoleh.
Bintang standar katalog diperlukan agar
pengamat yang berbeda dapat saling membandingkan
hasil satu sama lain. Perbandingan hasil pengamatan
diperlukan atas dasar bahwa tiap observasi akan
memiliki respon yang berbeda, bintang yang sama
tidak akan memiliki nilai kecerlangan yang sama
dengan pengaturan instrumen yang berbeda.
Perbedaan hasil dapat diakibatkan dari perbedaan
ukuran dan kondisi teleskop, alat optik, panjang
gelombang dan kualitas filter yang digunakan. Untuk
menghilangkan faktor tersebut, sistem bintang standar
katalog dapat digunakan untuk mengkalibrasi data
hasil observasi terhadap kecerlangan bintang standar.
Koefisien transformasi adalah:
=
+ (
)+
(2)
Dimana t merupakan koefisien transformasi
dan z adalah zero point. Persamaan 2 dapat
ditransformasikan
menjadi
persamaan
untuk
mendapatkan nilai magnitudo baku untuk tiap bintang.
Sehingga persamaan transformasinya adalah:
=
( − )=
+
∗( − )+
∗( − )
(3)
+
Dimana V dan (B-V) merupakan magnitudo
baku yang akan dicari, Vobs dan (B-V)obs telah
diketahui sebelumnya dari magnitudo instrumen
terkoreksi koefisien ekstingsi atmosfer. Lalu C1, C2,
C3 dan C4 merupakan nilai yang perlu dicari. Karena
warna dan magnitudo bintang standar katalog telah
diketahui, maka dengan rajah grafik
−
versus ( − )
dan rajah grafik( − )
versus
( − )
nilai nilai C1, C2, C3 dan C4 dapat
diketahui.
Kemudian
dengan
menggunakan
persamaan (3) dan (4) maka nilai magnitudo baku
untuk tiap bintang dapat diketahui. Dengan
diketahuinya seluruh nilai magnitudo baku untuk tiap
bintang, maka diagram HR yang dibangun
berdasarkan magnitudo baku dapat dibangun.
Usia dan jarak gugus bintang dapat
diperkirakan dengan mencocokkan data hasil
observasi dengan model isochrone. Isochrone dapat
digunakan untuk mengetahui usia gugus bintang
dikarenakan anggota gugus memiliki usia yang
hampir sama. Perbandingan beberapa usia isochrone
dengan diagram HR perlu dilakukan dengan masksud
mendapatkan hasil yang lebih presisi. Besar
pergeseran isochrone sumbu X menggambarkan nilai
ekses warna E(B-V) dan besar pergeseran sumbu Y
merupakan besar nilai modulus jarak m-M. Koefisien
ekstingsi materi antarbintang dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan:
= 3.1 ∗ ( − )
(5)
Nilai-nilai tersebut selanjutnya dapat digunakan untuk
menghitung jarak gugus menggunakan persamaan:
= 10
3.
, (
)
(6)
Hasil dan Pembahasan
Magnitudo instrumen terukur merupakan nilai
yang didapat dengan menggunakan persamaan (1).
Hasil rajah grafik magnitudo instrumen V terhadap
indeks warna B-V ditampilkan dalam grafik berikut:
Diagram H-R (mag. Inst)
11
12
13
14
V 15
16
17
18
19
0
0.5
B-V
1
1.5
(4)
Gambar 3. Diagram H-R Untuk Magnitudo Instrumen
12
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 16, No. 2, Oktober 2015
Rajah magnitudo instrumen terhadap magnitudo
bintang standar yang ada pada katalog dapat
memberikan besar nilai ekstingsi atmosfer. Adapun
nilai ekstingsi yang berpengaruh pada pita B sebesar
1,025 dan pita V sebesar 0,952.
Persamaan (3) dan (4) dapat dipergunakan
untuk mendapatkan nilai magnitudo baku tiap bintang.
Berikut adalah rajah grafik
−
versus
( − )
dan rajah grafik( − )
versus
( − )
yang dipergunakan untuk mendapatkan
nilai koefisien transformasi C1, C2, C3 dan C4:
12,0376
12,4689
12,135
12,615
11,2033
11,3062
11,275
11,392
12,5531
13,0772
12,637
13,201
9,88455
10,7495
9,675
11,022
12,423
13,0105
12,555
13,162
10,2604
11,3324
10,478
11,587
10,0789
11,2928
10,331
11,574
12,6302
13,1459
12,701
13,283
10,3605
10,9166
10,502
11,094
0.7
0.65
y = -0.0199x + 0.5809
Vstd-Vobs
0.6
0.55
0.5
0.45
0.4
0
0.5
(B-V)std
1
1.5
(B-V)std
Gambar 4. Rajah grafik Vstd-Vobs versus (B-V)std
1.4
1.2 y = 1.1331x - 1.1568
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
1
1.5
(B-V)obs
2
Gambar 5. Rajah grafik (B-V)std versus (B-V)obs
Terlihat dari gambar (4) dan (5) nilai C1, C2, C3 dan
C4 masing-masing adalah (-0,196), (0,58), (1,133) dan
(-1,156). Selanjutnya dengan menerapkan persamaan
(3) dan (4) pada seluruh nilai magnitudo yang telah
dikoreksi ekstingsi atmosfer akan didapat nilai
magnitudo baku. Hasil perhitungan nilai magnitudo
baku ditampilkan bersamaan dengan nilai magnitudo
pada katalog guna melihat seberapa besar perbedaan
nilai antar keduanya pada tabel (2).
Gugus bintang terbuka M67 memiliki anggota
yang melimpah dengan jarak kurang dari 1 kpc, hal
ini menjadikannya salah satu gugus bintang yang
banyak dipelajari. Berdasarkan [4] parameter fisis
gugus bintang M67 diantaranya color excess sebesar
0,05, modulus jarak sebesar 9,6 dan mendapati bahwa
38% bintang anggotanya merupakan sistem bintang
biner. Adapun berdasarkan [5] bintang-bintang
anggota M67 memiliki rerata massa sekitar 1,33
massa matahari dan berusia sekitar 4 milyar tahun.
Berikut adalah beberapa parameter fisis M67
yang diambil dari beberapa sumber:
Tabel 3. Parameter fisis Gugus bintang Terbuka M67
E(B-V)
m-M
Usia
(Gyr)
Jarak
(pc)
0.05
9.6
-
774
-
-
4
-
0.041
9.7
3.5 - 4
821
-
-
-
857
0.059
9.97
-
908
Montgomery,
1993
Naim, 2012
Sarajedini,
2009
Yakut, 2009
[6]
WEBDA
0.06
9.98
3.2
909
Penelitian ini
Sumber
Diagram HR magnitudo baku dirajah
bersamaan
dengan
model
isochrone
guna
memprediksikan usia gugus bintang. Dengan
mencocokkan beberapa model isochrone berusia
tertentu dengan data, akan terlihat seberapabesar
kecocokan antara masing-masing model dengan data.
Berikut adalah rajah kurva isochrone dengan usia
5E8, 1,6E9, 3,2E9 dan 1E10 tahun yang disandingkan
dengan data pengamatan.
Tabel 2. Perbandingan Nilai Magnitudo Baku
Dengan Magnitudo Pada Katalog
Vbaku
Bbaku
VKatalog
Bkatalog
12,6704
13,1948
12,785
13,37
13
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya, Vol. 16, No. 2, Oktober 2015
6. Daftar Pustaka
[1] H. Formert & K. Christine, Open Star Cluster.
SEDS. University of Arizona, Lunar and Planetary
Lab (2010). Retrieved 2009-01-02.
[4] K. A. Montgomery, L. A. Marschall & K. A.
Janes, CCD Photometry of the Old Open Cluster
M67, The Astronomical Journal Vol. 106 (1993), p.
181-219.
Gambar 6. Perbandingan Isochrone berusia 5E8,
1,6E9, 3,2E9 dan 1E10 tahun yang disandingkan
dengan data pengamatan
Gambar (6) menunjukkan bahwa data
pengamatan cocok dengan model kurva isochrone
berusia 3,2 milyar tahun hingga 4 milyar tahun untuk
daerah sekitar deret utama dan daerah red giant,
namun titik belok kurva isochrone dengan usia 3,2
milyar tahun dirasa lebih cocok pada daerah bintang
bermassa rendah.
Perhitungan
jarak
dilakukan
dengan
menggunakan model kurva isochrone berusia 3,2
milyar tahun sehingga mendapatkan nilai m-M dan
color excess sebesar 9,98 dan 0,06. Nilai m-M
menunjukkan perbedaan nilai magnitudo baku bintang
dengan nilai magnitudo mutlaknya, sedangkan nilai
color excess 0,06 menunjukkan bahwa gugus bintang
terbuka M67 jauh dari bidang galaksi. Dengan
menggunakan persamaan (5) maka nilai koefisien
ekstingsi materi antarbintang sebesar 0,186, sehingga
seluruh komponen yang diperlukan untuk menghitung
jarak gugus bintang seperti dalam persamaan (6) telah
lengkap. Dengan menggunakan persamaan (6) didapat
nilai d sebesar 909,49 pc.
[5] S. O. Naim & G. Evgeny, Examining the M67
Classification as an Open Cluster, International
Journal of Astrophysics (2012), p. 167-173.
[3] W. L. Sanders, W. L, Membership of the Open
Cluster M67, Astronomy and Astrophysics
Supplement Series 27 (1977), p. 89-116
[2] A. Sarajedini, A. Dotter & K. Allyson, Deep
2MASS Photometry of M67 and Calibration of the
Main Sequence J-KS Color Difference as an Age
Indicator, AJ (2009)
[6] K. Yakut, W. Zima, B. Kalomeni, H. van Wickel,
C. Waelkens, P. De Cat, E. Bauwens, M. Vuckovic, S.
Saesen, L. Le Guillou, M. Parmaksizoglu, K. Oluc, I.
Khamitov, G. Raskin & C. Aerts, Close Binary and
Other Variable Stars in the Solar Age Galactic Open
Cluster M67, Astronomy and Astrophysics Vol.
505(2009), p. 165-176
4. Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengolahan data fotometri
yang dilakukan, maka dapat dapat disimpulkan:
1. Magnitudo baku bintang anggota gugus bintang
terbuka M67 dalam pita B memiliki rentang
nilai 10,318 hingga 17,08 sedangkan dalam pita
V memiliki rentang nilai 9,884 hingga 16,116.
2. Gugus bintang terbuka M67 berusia 3,2E9 tahun
dan berjarak 909,49 pc
5. Ucapan Terimakasih
Terimakasih kepada Dr. Hakim Luthfi Malasan
yang telah mengizinkan penulis menggunakan data
observasi yang telah diperolehnya.
14