Matahari menghasilkan sekitar 400 miliar miliar megawatt tenaga dan telah melakukannya selama lima miliar tahun. Fusi nuklir - menggabungkan atom yang lebih ringan untuk menjadikannya lebih berat - itulah yang memungkinkan.
Matahari menghasilkan sekitar 400 miliar miliar megawatt listrik, dan telah melakukannya selama lima miliar tahun. Sumber energi apa yang mampu menghasilkan kekuatan seperti ini? Hebatnya, mesin bintang-bintang terkuat bukanlah sesuatu yang besar, melainkan sesuatu yang sangat kecil: blok-blok pembangun atom kecil yang saling menghancurkan dengan kecepatan tinggi. Dengan setiap tabrakan, percikan energi dilepaskan. Fusi nuklir, pencampuran inti atom untuk membentuk elemen-elemen baru, adalah yang mendorong seluruh galaksi bintang.
Mosaik ini dibuat oleh teman EarthSky, Corina Wales. Corina terima kasih!
Inti atom secara konsep sederhana. Mereka hanya terdiri dari dua jenis partikel: proton dan neutron. Jumlah proton menentukan jenis atom; itulah yang membedakan helium, karbon, dan belerang. Neutron menyatukan proton bermuatan positif. Tanpa neutron, muatan sejenisnya akan membuat proton terbang terpisah.
Atom yang lebih berat, seperti neon, dapat dirakit dengan menggabungkan atom yang lebih ringan, seperti helium. Ketika itu terjadi, energi dilepaskan. Berapa banyak energi? Jika Anda menyatukan semua hidrogen dalam satu galon air menjadi helium, Anda akan memiliki energi yang cukup untuk memberi tenaga pada Kota New York selama tiga hari.
Sekarang bayangkan jika Anda memiliki hidrogen seluruh bintang!
Langkah-langkah di salah satu jalur yang diambil empat inti hidrogen untuk menggabungkan satu inti helium. Pada setiap langkah, energi dipancarkan sebagai sinar gamma. Kredit: Pengguna Wikipedia Borb.
Trik untuk membuat atom melebur adalah memiliki suhu dan kepadatan yang sangat tinggi. Di bawah tekanan beberapa oktiliun ton gas, pusat matahari dipanaskan hingga sekitar 10 juta derajat Celcius. Pada suhu itu, proton telanjang inti hidrogen bergerak cukup cepat untuk mengatasi tolakan timbal balik mereka.
Melalui serangkaian tabrakan, tekanan kuat di inti matahari terus-menerus menyatukan empat proton untuk membentuk helium. Dengan setiap fusi, energi dilepaskan ke interior bintang. Jutaan peristiwa ini terjadi setiap detik menghasilkan energi yang cukup untuk mendorong kembali melawan gaya gravitasi dan menjaga keseimbangan bintang selama miliaran tahun. Sinar gamma yang dilepaskan mengikuti jalur yang berliku-liku lebih tinggi dan lebih tinggi melalui bintang sampai akhirnya muncul dari permukaan, jutaan tahun kemudian, dalam bentuk cahaya tampak.
Tapi ini tidak bisa berlanjut selamanya. Akhirnya hidrogen habis sebagai inti helium inert menumpuk. Untuk bintang terkecil, ini adalah akhir dari garis. Mesin mati dan bintang diam-diam memudar ke dalam kegelapan.
Bintang yang lebih masif, seperti matahari kita, memiliki pilihan lain. Ketika bahan bakar hidrogen habis, inti kontrak. Inti kontraktor memanas dan melepaskan energi. Bintang itu membumbung menjadi "raksasa merah". Jika inti dapat mencapai suhu yang cukup tinggi — sekitar 100 juta derajat Celcius — inti helium dapat mulai melebur. Bintang memasuki fase kehidupan baru, helium diubah menjadi karbon, oksigen, dan neon.
Bintang itu sekarang memasuki siklus di mana bahan bakar nuklir habis, kontrak inti, dan balon bintang. Setiap kali, pemanasan inti memulai putaran fusi baru. Berapa kali bintang melewati langkah-langkah ini sepenuhnya bergantung pada massa bintang. Semakin banyak massa dapat menghasilkan lebih banyak tekanan dan mendorong suhu yang lebih tinggi di inti. Sebagian besar bintang, seperti matahari kita, berhenti setelah menghasilkan karbon, oksigen, dan neon. Inti menjadi kerdil putih dan lapisan luar bintang didorong ke luar angkasa.
Tetapi bintang-bintang yang beberapa kali lebih masif daripada matahari dapat terus berjalan. Setelah helium habis, kontraksi inti menghasilkan suhu mendekati satu miliar derajat. Sekarang, karbon dan oksigen dapat mulai bergabung untuk membentuk unsur yang lebih berat: natrium, magnesium, silikon, fosfor, dan belerang.Di luar ini, bintang-bintang paling masif dapat memanaskan inti mereka hingga beberapa miliar derajat. Di sini, sejumlah opsi yang membingungkan tersedia sebagai silikon yang melebur melalui rantai reaksi kompleks untuk membentuk logam seperti nikel dan besi. Hanya beberapa bintang yang bisa sejauh ini. Dibutuhkan bintang dengan massa lebih dari delapan matahari untuk membentuk besi.
Bagian dalam bintang raksasa merah di saat-saat sebelum meledak sebagai supernova. Produk-produk dari berbagai reaksi fusi nuklir ditumpuk seperti lapisan bawang. Elemen paling ringan (hidrogen) tetap berada di dekat permukaan bintang sementara yang terberat (besi dan nikel) membentuk inti bintang. Kredit: NASA (via Wikipedia)
Namun, setelah bintang menghasilkan inti dari besi atau nikel, tidak ada opsi yang tersisa. Di setiap tahap sepanjang perjalanan ini, fusi telah melepaskan energi ke interior bintang. Di lain pihak, untuk menyatu dengan besi, merampas energi dari bintang. Pada titik ini, bintang telah mengkonsumsi semua bahan bakar yang dapat digunakan. Tanpa sumber energi nuklir, bintang itu runtuh. Semua lapisan gas menabrak bagian tengah yang menegang. Sebuah bintang neutron eksotis lahir di inti dan massa yang bergerak cepat, tanpa ke mana pun harus pergi, melambung dari permukaan yang tidak bisa dimampatkan. Sangat tidak seimbang, bintang itu meledak dalam supernova — salah satu peristiwa singular yang paling dahsyat di alam semesta. Dalam kekacauan ledakan, inti atom mulai menangkap proton dan neutron tunggal. Di sini, di api supernova, elemen-elemen lain di alam semesta tercipta. Semua emas di semua cincin kawin di dunia hanya dapat berasal dari satu tempat: supernova terdekat yang mengakhiri kehidupan bintang satu dan kemungkinan besar memicu pembentukan tata surya kita lima miliar tahun yang lalu.
Nebula Kepiting adalah sisa supernova yang terlihat dari Bumi seribu tahun yang lalu. Terletak 6500 tahun cahaya di konstelasi Taurus, Bull, sisanya berjarak 11 tahun cahaya dan berkembang pada sekitar 1500 km / s! Kredit: NASA, ESA, J. Hester dan A. Loll (Arizona State University)
Adalah fakta yang luar biasa bahwa bintang terbesar didorong oleh hal-hal terkecil. Semua cahaya dan energi di alam semesta kita adalah hasil dari atom yang dibangun di inti bintang. Energi yang dilepaskan setiap kali dua partikel bergabung bersama, dikombinasikan dengan triliunan reaksi berkelanjutan lainnya, cukup untuk memberi daya bintang tunggal selama milyaran tahun. Dan setiap kali sebuah bintang mati, atom-atom baru itu dilepaskan ke ruang antarbintang dan dibawa sepanjang aliran galaksi, menabur generasi bintang berikutnya. Segala sesuatu yang kita adalah adalah hasil dari fusi termonuklir di jantung bintang. Seperti yang pernah dikatakan Carl Sagan, kita benar-benar bintang.