Presentasi Materi 4 PFBA
advertisement
BINTANG & GALAKSI Pembangkitan Energi • Klasifikasi Bintang: Kelas spektrum & luminositas • Bintang Ganda • Asal – Usul dan Tipe Galaksi • Kompetensi Dasar: Memahami konsep bintang & galaksi Judhistira Aria Utama, M.Si. Lab. Bumi & Antariksa Jur. Pendidikan Fisika FPMIPA UPI Pembangkitan Energi Bintang-bintang terbentuk dari keruntuhan material di bawah pengaruh gravitasi. Berapa lama energi potensial gravitasi mampu mensuplai energi yang membuat bintang tetap bersinar (gravitational lifetime)? Energi potensial gravitasi bola homogen bermassa M dengan radius R dan kerapatan : 3 GM U 5 R 2 Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 2 Kala hidup = Energi yang disimpan : Laju energi yang dipancarkan E tg dE dt 3 GM2 5 R tg 4 R 2 Tef4 Kala hidup yang diperoleh disebut sebagai Kelvin time. Bagaimana dengan usia temuan fosil/batuan? Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 3 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 menyumbang 1 eV energi, maka: E Kala hidup dE dt partikel Energi tiap atom 2 4 4 R Tef Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 4 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 ringan Reaksi fusi: unsur-unsur ringan tersedia melimpah sulit dimulai Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 5 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. H 1H 2 H e 1 2x 2x 2 H 1H 3He 3 He 3He 4 He 1H 1H Reaksi netto mengubah 4 1H1 menjadi 1 4He2. Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 6 Defek massa: 4 massa proton 1massa helium 0,007 massa proton Hanya 0,7% dari massa masing-masing proton yang dikonversi menjadi energi Energi yang dibangkitkan: E mc 2 Kala hidup bintang: t nuklir Enuklir dE dt Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 7 Latihan Jika 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 = 4R2Tef4, Radius Matahari = 696.000 km Temperatur efektif Matahari = 5800 K Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 8 Klasifikasi Bintang Spektrum bintang berbeda antara satu dengan lainnya Bagaimana pembentukan spektrum bintang? Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 9 Hukum Kirchoff tentang Pembentukan Spektrum Bintang Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 10 Klasifikasi Spektrum Bintang Klasifikasi spektrum bintang yang sekarang digunakan merupakan karya Miss Cannon yang merupakan perbaikan dari klasifikasi Miss Maury. Klasifikasi Miss Annie J. Cannon: O BA F G K M A. J. Cannon (1863 – 1941) Oh, Be, A, Fine, Girl, Kiss, Me Oh, Be, A, Fine, Guy, Kiss, Me Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 11 Subkelas Klasifikasi spektrum bintang O, B, A, F, G, K, M masih dapat dibagi lagi ke dalam sub-subkelas, yaitu: O0, O1, O2, O3, ………, O9 B0, B1, B2, B3, . . . . . . . . ., B9 A0, A1, A2, A3, ...………, A9 F0, F1, F2, F3, ………….., F9 dst M0, M1, M2, M3, ………..., M9 Spektrum bintang berbeda antara satu dengan lainnya Perbedaan komposisi kimia Perbedaan temperatur permukaan Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 12 Klasifikasi Luminositas Bintang Bintang 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 13 Kelas Luminositas Bintang (Kelas MK) Kelas Ia Maharaksasa yang sangat terang Kelas Ib Maharaksasa yang kurang terang Kelas II Raksasa yang terang Kelas III Raksasa Kelas IV Subraksasa Kelas V Deret utama Kelas luminositas bintang dari Morgan-Keenan (MK) digambarkan dalam diagram Hertzprung-Russell (diagram HR). Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 14 Simulator Ragam Spektrum Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 15 Simulator Diagram HR Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 16 Bagaimana Menghitung Luminositas? Judhistira Aria Utama | TA 2009 - 2010 17 Klasifikasi spektrum bintang sekarang ini merupakan penggabungan dari kelas spektrum dan kelas luminositas. Contoh: G2 V : Bintang deret utama kelas spektrum G2 G2 Ia : Bintang maharaksasa yang sangat terang kelas spektrum G2 B5 III : Bintang raksasa kelas spektrum B5 B5 IV : Bintang subraksasa kelas spektrum B5 Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 18 H Hδ Hγ Hβ H 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 Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 19 Bintang Ganda Bintang 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 sekunder Periastron Bintang primer Apastron Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 20 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 21 Komponen orbit bintang ganda Garis node: garis potong antara bidang orbit dengan bidang langit yang melewati titik fokus elips. utara periastron ω Ω i titik fokus pengamat a i = inklinasi bidang orbit terhadap bidang langit = kedudukan garis node (sudut di bidang langit dari utara ke garis node) a = setengah sumbu panjang ω = bujur periastron (sudut di bidang orbit dari garis node ke periastron Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 22 T = saat bintang melewati periastron e = eksentrisitas P = periode orbit atau kalaedar Jenis bintang ganda: * Bintang ganda visual * Bintang ganda astrometri * Bintang ganda spektroskopi * Bintang ganda gerhana Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 23 Bintang ganda visual Kedua komponen bintang ganda dapat teramati dengan mudah dengan bantuan teleskop. Jarak pisah antarkomponen relatif besar periode orbit puluhan hingga ratusan tahun. Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 24 Bintang ganda gerhana Terjadi penggerhanaan antarkomponen secara periodik yang diketahui dari perubahan kecerahan/terang bintang secara berkala. Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 25 Bintang ganda astrometri Salah satu komponen bintang ganda tidak dapat diamati karena jauh lebih redup daripada pasangannya. Bagaimana mengetahui kalau objek ini merupakan sistem bintang ganda? Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 26 Penentuan 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: r r1 r2 r2 r1 1 r1 Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 27 Dari Teorema Pusat Massa dan Hukum Kekekalan Momentum, didapat: m1r1 m2r2 m1v1 m2 v 2 m1 r2 v 2 m2 r1 v1 Dari Hukum III Kepler: G m1 m2 r 2 2 P 4 3 Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 28 Selain dengan menggunakan Hukum III Kepler, massa total sistem bintang ganda dapat dihitung pula dengan formula berikut ini: 3 P 3 2G v1 v 2 m1 m2 sin i 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). Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 29 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 30 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 31 ASAL – USUL & TIPE GALAKSI Galaksi 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 32 “Adakah mekanisme yang mengantarkan galaksi untuk sampai pada bentuknya yang sekarang?” bintangbintang muda debu dan gas jatuh ke bidang debu dan gas gerak tak beraturan objek-objek halo gerak teratur objek-objek piringan Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 33 Klasifikasi Galaksi Galaksi diklasifikasikan menurut morfologinya. Klasifikasi yang tegas sulit dilakukan citra yang berbedabeda. Klasifikasi yang biasa digunakan adalah skema klasifikasi “garpu tala” Hubble-Sandage: © Chaisson & McMillan Astronomy Today Tipe awal Jumlah debu dan gas Tipe akhir Keterbukaan lengan Rasio Bulge/disk Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 34 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 35 Piringan Galaksi Relatif datar (highly flattened) Halo Galaksi Bulge Galaksi Relatif sferis dengan sedikit saja pendataran Berbentuk lonjong Dihuni oleh bintangbintang muda dan tua Dihuni oleh bintangbintang tua Dihuni oleh bintangbintang 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 bintang Tidak terjadi proses pembentukan bintang Daerah sebelah dalam menjadi tempat pembentukan bintang Gas dan bintang-bintang bergerak dalam orbit melingkar di bidang galaksi Bintang-bintang di dalamnya bergerak dalam orbit yang acak Bintang-bintang di dalamnya 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 kemerahan Berwarna kuning-putih Judhistira Aria Utama | TA 2012 - 2013 36
![radiasi benda hitam [Compatibility Mode]](http://s1.studylibid.com/store/data/000256593_1-0747294496cccd4f72e309d8bee03a6f-300x300.png)
